Với các yêu cầu về hình thức, vệ sinh và chất lượng sản phẩm, người ta sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng có tuần hoàn một phần khí thải. Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu. Ưu điểm của phương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, do có tuần hoàn của một phần khí thải nên dễ dàng điều chirng độ ẩm của tác nhân sấy, tốc độ của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả.
GIỚI THIỆU TÔM SÚ
Giới thiệu chung
Tôm sú, với tên khoa học là Penaeus monodon Fabricius, có sự phân bố tự nhiên rộng rãi từ bờ đông châu Phi, bán đảo Ả Rập, đến Đông Nam Á và biển Nhật Bản Loài tôm này cũng xuất hiện ở phía Đông Australia, Hawaii và bờ biển Đại Tây Dương của Mỹ.
Tôm sú là loài tôm có kích thước lớn, chiều dài khai thác từ 150-200 mm và khối lượng từ 50-150 g Chúng có khả năng thích nghi với độ mặn từ 0.2-70‰, trong đó độ mặn lý tưởng nhất là 10-15‰ Nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển của tôm sú là từ 20-30°C.
Tôm sú, thuộc nhóm động vật giáp xác, được phân loại theo hệ thống của Holthuis (1980) và Barnes (1987) Tại Việt Nam, tôm sú phân bố rộng rãi ở các vùng ven biển từ Móng Cái đến Kiên Giang, nhưng tập trung chủ yếu ở miền Trung như Đà Nẵng, Nha Trang và Phú Khánh Chúng thường sống ở độ sâu dưới 50m với độ mặn từ 15-30 ‰ Khi còn nhỏ, tôm sú sống ở khu vực nước lợ ven bờ, sau đó di chuyển ra biển để sinh sản khi trưởng thành.
Môi trường sống
Tôm sú sống khỏe mạnh ở nhiệt độ từ 18 đến 30 độ C Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn này, tôm sẽ gặp rối loạn sinh lý, dẫn đến nguy cơ tử vong Các triệu chứng bao gồm cơ thể cong, cơ bị đục, giảm hoạt động, ngừng ăn uống và tăng cường hô hấp.
Độ mặn thích hợp cho tôm sú thay đổi theo từng giai đoạn phát triển và ảnh hưởng trực tiếp đến độ kiềm, pH và khả năng sinh trưởng của tôm nuôi Khi độ mặn vượt quá giới hạn thích ứng, tôm có thể trải qua sốc, dẫn đến giảm khả năng kháng bệnh.
– Độ trong thích hợp nuôi tôm sú khoảng 30 – 40 cm
Độ pH thích hợp cho tôm sú dao động từ 7,5 đến 8,5 và không thay đổi quá 0,5 trong suốt ngày Việc pH quá cao hoặc quá thấp sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự cân bằng pH trong máu tôm, gây bất lợi cho sự sống Độ kiềm trong ao nuôi tôm rất quan trọng để duy trì hệ sinh thái, giúp giảm biến động pH và hạn chế tác hại của các chất độc trong nước Độ kiềm lý tưởng cho tôm sú là từ 80 đến 120 mg/l.
– Các chất khí hòa tan: hàm lượng oxy, CO2, H2S ở mức ổn định.
Cấu tạo
Tôm sú gồm các bộ phận:
- Chủy: cứng, có răng cưa Phía trên chủy có 7-8 răng, dưới chủy có 3 răng
- Mũi khứu giác và râu: là cơ quan nhận biết và giữ thăng bằng cho tôm
- 3 cặp chân hàm: lấy thức ăn và bơi lội
- 5 cặp chân ngực: lấy thức ăn và bò
- Đuôi: có 1 cặp chân đuôi để tôm có thể nhảy xa, điều chỉnh bơi lên cao hay xuống thấp
- Bộ phận sinh dục (phía dưới bụng)
Tôm sú là loài động vật dị hình phái tính, trong đó con cái thường lớn hơn con đực Khi tôm trưởng thành, việc phân biệt giới tính trở nên rõ ràng thông qua các cơ quan sinh dục phụ bên ngoài.
Cơ quan sinh dục chính của con đực nằm ở phía trong phần đầu ngực, trong khi cơ quan giao phối phụ được đặt ở nhánh ngoài của đôi chân ngực thứ hai Lỗ sinh dục đực mở ra hốc háng của đôi chân ngực thứ năm, và tinh trùng được chứa trong túi.
Buồng trứng của con cái nằm dọc theo mặt lưng phía trên, trong khi hai ống dẫn trứng mở ra ở khớp háng của đôi chân ngực thứ 3 Bộ phận chứa túi tinh gồm hai tấm phồng lên ở đôi chân ngực thứ 4 và thứ 5, nằm dưới bụng tôm.
Hình 1.1 Cấu tạo của tôm sú
Trong quá trình tăng trưởng, tôm cần lột bỏ lớp vỏ cũ khi trọng lượng và kích thước đạt mức nhất định Hiện tượng lột xác thường diễn ra vào ban đêm và đi kèm với sự tăng thể trọng, mặc dù cũng có trường hợp lột xác mà không tăng thể trọng Khi quan sát tôm nuôi trong bể, quá trình lột xác bắt đầu từ việc lớp biểu bì giữa khớp đầu ngực và phần bụng nứt ra, sau đó các phần phụ của đầu ngực sẽ rút ra trước, tiếp theo là phần bụng và các phần phụ phía sau.
Tôm trải qua quá trình lột xác với lớp vỏ cứng mới, trong đó vỏ mềm sẽ cứng lại sau 1-2 giờ đối với tôm nhỏ và 1-2 ngày đối với tôm lớn Sau khi lột xác, tôm có vỏ mềm rất nhạy cảm với sự thay đổi đột ngột của môi trường sống Do đó, trong quá trình nuôi tôm, việc điều chỉnh môi trường nuôi kịp thời là rất quan trọng Hormone ức chế lột xác (MIH) được tiết ra từ các tế bào trong cuống mắt, giúp kiểm soát quá trình lột xác thông qua việc tích lũy và chuyển vào máu Ngoài ra, các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ và độ mặn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến tôm trong giai đoạn này.
Thành phần dinh dưỡng
Thành phần hóa học của tôm đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của chúng Các yếu tố như giống, loài, giới tính, độ tuổi, thành phần thức ăn, điều kiện môi trường sống và biến đổi sinh lý ảnh hưởng đến thành phần của tôm Sự khác biệt trong thành phần hóa học không chỉ tác động đến mùi vị và giá trị dinh dưỡng mà còn ảnh hưởng đến việc bảo quản nguyên liệu tươi và quy trình chế biến.
Thành phần dinh dưỡng của tôm sú:
Thành phần dinh dưỡng trong 100 g thực phẩm ăn được
Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng dinh dưỡng
Bảng 1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g ăn được của tôm sú
Tôm không chỉ chứa protein mà còn cung cấp các vitamin và khoáng chất, mặc dù hàm lượng thấp, nhưng chúng lại rất cần thiết cho hoạt động sống của con người.
Công dụng của tôm sú
Theo các chuyên gia dinh dưỡng, tôm là nguồn thực phẩm giàu protein, có thể thay thế trứng khi bạn cảm thấy ngán Việc tiêu thụ tôm không chỉ giúp đáp ứng nhu cầu protein hàng ngày mà còn hỗ trợ tăng cường sức khỏe cho cơ thể.
Thiếu vitamin B12 có thể gây ra yếu cơ, mờ mắt và tâm trạng xấu Để cải thiện sức khỏe, bạn nên bổ sung vitamin B12 cho cơ thể bằng cách ăn tôm, nguồn thực phẩm giàu vitamin B12.
Tôm là nguồn cung cấp sắt quan trọng, giúp ngăn ngừa tình trạng thiếu máu, mệt mỏi và khó thở do thiếu sắt Việc tiêu thụ tôm thường xuyên sẽ hỗ trợ cải thiện mức sắt trong cơ thể, góp phần duy trì sức khỏe tốt.
Tôm là nguồn thực phẩm giàu protein, vitamin D, vitamin B3 và kẽm, đồng thời cung cấp i-ốt, cần thiết cho hoạt động của tuyến giáp Tuyến giáp kiểm soát tỷ lệ trao đổi chất cơ bản, ảnh hưởng đến tốc độ tiêu thụ năng lượng khi cơ thể nghỉ ngơi Thiếu i-ốt có thể dẫn đến sự hoạt động kém của tuyến giáp, gây tăng cân hoặc làm khó khăn trong việc giảm cân.
Tôm chứa astaxanthin, một carotenoid màu hồng, có khả năng hoạt động như một chất chống oxy hóa, bảo vệ da khỏi lão hóa sớm Các axit béo omega-3 trong tôm cũng giúp tăng cường khả năng chống oxy hóa Kẽm trong tôm đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất tế bào mới, bao gồm tế bào tóc và da, đồng thời duy trì các tuyến dầu trên da đầu, giúp tóc luôn sáng bóng Hơn nữa, tôm là nguồn cung cấp đồng dồi dào, giúp ngăn ngừa rụng tóc, làm tóc dày hơn và giữ màu tóc bền đẹp.
– Tôm có chứa selenium, một chất giúp bạn giảm nguy cơ ung thư qua 2 cách:
Selenium đóng vai trò thiết yếu trong glutathione peroxidase, một enzyme chống oxy hóa quan trọng giúp bảo vệ cơ thể khỏi tác hại của các gốc tự do.
+ Selenium ngăn chặn sự phát triển khối u bằng cách thúc đẩy hệ thống miễn dịch và ức chế sự phát triển của các mạch máu trong khối u
LÝ THUYẾT VỀ SẤY
Một số khái niệm
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, với vật liệu cần tách ẩm được gọi là vật liệu sấy Tác nhân sấy cung cấp nhiệt và mang ẩm ra môi trường xung quanh, trong khi thiết bị sấy là phương tiện thực hiện quá trình này Quá trình sấy bao gồm khuếch tán ẩm từ bên trong ra bên ngoài vật liệu và từ bề mặt ra môi trường, và nó không ổn định do độ ẩm thay đổi theo thời gian và môi trường Sấy không chỉ giảm khối lượng và thể tích kho chứa, mà còn tăng độ bền và bảo quản sản phẩm bằng cách giảm hoạt động của nước, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật và vô hoạt một số enzyme, đồng thời tạo ra sự đa dạng cho sản phẩm.
Các vật liệu được sấy thường chứa một lượng nước đáng kể Trong quá trình sấy, nước trong vật liệu bay hơi, dẫn đến sự giảm độ ẩm Độ ẩm của vật liệu ẩm được xác định qua mức độ ẩm hiện có.
11 và nhiệt độ của nó Độ ẩm của vật liệu có thể biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm toàn phần
1.2.1 Độ ẩm của vật liệu
Độ ẩm tuyệt đối: Là tỉ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng khô tuyệt đối của vật liệu
𝑊 0 : độ ẩm tuyệt đối Ga: khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)
Gk: khối lượng vật khô tuyệt đối (kg)
Độ ẩm tương đối: Là tỉ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng của vật ẩm
𝑊: độ ẩm tương đối Ga: khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)
Gk: khối lượng vật ẩm (kg)
Độ ẩm cân bằng là mức độ ẩm của vật liệu khi đạt trạng thái ổn định với môi trường xung quanh, trong đó độ ẩm bên trong vật liệu đồng đều và áp suất hơi nước trên bề mặt vật bằng với áp suất hơi nước trong không khí Tại trạng thái này, không xảy ra sự trao đổi ẩm giữa vật liệu và môi trường Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng đóng vai trò quan trọng, xác định giới hạn cho quá trình sấy và độ ẩm bảo quản của từng loại vật liệu trong các điều kiện môi trường khác nhau.
1.2.2 Phân loại vật liệu ẩm
Vật liệu ẩm có khả năng hấp thụ nước nhờ vào cấu trúc xốp và mao dẫn Dựa trên cấu trúc của chúng, vật liệu ẩm được phân loại thành các nhóm như vật keo, vật xốp, mao dẫn và vật kao mao dẫn.
1.2.3 Các dạng liên kết dẫn trong vật liệu
Liên kết hóa học là mối liên kết bền vững giữa ẩm và vật khô, chỉ có thể tách ra thông qua phản ứng hóa học và thường yêu cầu nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm, tính chất hóa lý của vật liệu sẽ bị thay đổi.
Liên kết hóa lý giữa ẩm và vật liệu có tỉ lệ biến đổi, không cố định Mặc dù có thể tách rời liên kết này bằng nhiệt, nhưng quá trình thực hiện tương đối khó khăn.
Liên kết cơ lý là loại ẩm gắn kết chặt chẽ với vật liệu, có thể dễ dàng tách ra mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc của chúng Trong quá trình sấy, chủ yếu là tách ẩm liên kết hóa lý và liên kết bên trong vật liệu.
1.3 Đặc trưng cơ bản của quá trình làm khô vật liệu trong thiết bị sấy Đặc trưng cơ bản của quá trình làm khô vật liệu trong thiết bị sấy là tốc độ sấy, thời gian sấy và chế độ sấy
Tốc độ sấy được định nghĩa là khối lượng ẩm bay hơi trên một mét vuông bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian, tính bằng kg/m².h Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy bao gồm nhiệt độ, độ ẩm không khí, lưu lượng không khí và tính chất của vật liệu cần sấy.
Vật liệu sấy có cấu trúc và thành phần hóa học đa dạng, ảnh hưởng đến đặc tính liên kết ẩm của chúng Hình dạng và kích thước của vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy Bề mặt vật liệu, cùng với trạng thái (tĩnh, động, phân tán), quyết định khả năng hấp thụ ẩm Độ ẩm đầu và hàm ẩm tới hạn của vật liệu sấy là những yếu tố quan trọng cần xem xét để tối ưu hóa hiệu quả sấy.
Tác nhân sấy bao gồm các yếu tố quan trọng như độ ẩm, nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối, vận tốc, và loại tác nhân sấy (không khí nóng hoặc khói lò) Những yếu tố này đặc trưng cho điều kiện tiếp xúc giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy, có thể là tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Cấu tạo máy sấy, phương thức và chế độ sây
1.3.2 Thời gian sấy: là khoảng thời gian thiết bị dùng để làm khô vật liệu sấy đến độ ẩm theo yêu cầu Việc tính toán thời gian sấy đối với mỗi loại vật liệu là rất phức tạp Vì vậy có thể dựa vào thực tế mà các thiết bị sấy công nghiệp đang hoạt động trong những điều kiện đồng dạng (về vật liệu sấy, tác nhân sấy, thiết bị sấy và kỹ thuật) Ta có theer dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc tính toán theo công thức thực nghiệm
1.3.3 Chế độ sấy: là điều kiện kỹ thuật của tác nhân sấy ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, năng lượng tiêu hao và kích thước thiết bị Các thông số cơ bản của chế độ sấy bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của tác nhân sấy
Khi chọn nhiệt độ sấy, cần xem xét nhiệt độ cho phép của từng loại vật liệu, vì mỗi loại đều có giới hạn riêng Nhiệt độ sấy được xác định là nhiệt độ của tác nhân sấy khi bắt đầu vào thiết bị và sẽ giảm dần trong suốt quá trình sấy Nhiệt độ này ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ đốt nóng của vật liệu, từ đó tác động đến tính chất dẫn ẩm và các đặc tính khác của chúng.
Nhiệt độ sấy cao giúp tăng tốc quá trình sấy, nhưng có thể làm thay đổi tính chất vật liệu và gây hư hỏng sản phẩm Tốc độ sấy quá lớn có thể tạo ra lớp vỏ cứng trên bề mặt, hạn chế khả năng bốc ẩm sau này và dẫn đến nứt nẻ, biến đổi hình dạng của vật liệu.
Các quy trình và thiết bị sấy Error! Bookmark not defined.2 1 Sấy tự nhiên
Phơi nắng là phương pháp sấy tự nhiên đơn giản và truyền thống, nhưng có nhược điểm như cần diện tích lớn và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt là vào mùa mưa Do đó, trong sản xuất kinh tế xã hội, việc áp dụng phương pháp sấy nhân tạo trở nên cần thiết.
Sấy nhân tạo khắc phục những hạn chế của sấy tự nhiên bằng cách tiết kiệm diện tích, rút ngắn thời gian và cho phép sấy với khối lượng lớn Công nghệ này giúp chủ động trong mọi điều kiện thời tiết, sử dụng các thiết bị như không khí nóng và khói lò làm tác nhân sấy.
2.3 Một số cách phân loại thiết bị sấy
Vật liệu đem sấy có thể ở nhiều trạng thái khác nhau và điều kiện khác nhau
Do vậy cần tồ chức quá trình sấy cho phù hợp Người ta thường có các cách tổ chức quá trình sấy như sau:
– Sấy lớp vật liệu trong trạng thái tĩnh
– Sấy lớp vật liệu tĩnh có chuyển động tương đối
– Sấy lớp vật liệu trong trạng thá xáo trộn
– Sấy lớp vật liệu trong trạng thái lơ lững
– Sấy lớp vật liệu trong trạng thái phân tán
Theo các phương thức tổ chức này, người ta chế tạo ra các dạng thiết bị sấy khác nhau và được phân loại như sau:
– Phân loại theo chế độ làm việc: thiết bị sấy gián đoạn, thiết bị sấy bán liên tục và thiết bị sấy liên tục
Thiết bị sấy được phân loại dựa trên áp suất làm việc trong buồng sấy, bao gồm: thiết bị sấy cao áp, thiết bị sấy ở áp suất khí quyển, thiết bị sấy áp suất thấp (sấy chân không) và thiết bị sấy áp suất rất thấp, còn được gọi là sấy thăng hoa.
Có nhiều loại thiết bị sấy được phân loại theo kết cấu, bao gồm: phòng sấy, hầm sấy, tủ sấy, tháp sấy, sấy thùng quay, sấy băng tải, sấy đĩa, sấy tầng sôi, sấy khí động và sấy phun Mỗi loại thiết bị sấy này có đặc điểm riêng, phù hợp với từng nhu cầu và quy trình công nghệ khác nhau trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và vật liệu.
Thiết bị sấy hiện đại rất đa dạng về cấu trúc, với thiết kế gọn nhẹ và hình thức hấp dẫn Chúng có trình độ cơ giới hóa và tự động hóa cao, tuy nhiên, nguyên tắc tổ chức quá trình sấy vẫn tuân theo các phương pháp đã được đề cập trước đó.
2.4 Sơ lược các thiết bị trong hệ thống sấy đối lưu
Trong hệ thống sấy đối lưu có thể có các thiết bị sau đây:
Caloriphe có nhiệm vụ đốt nóng không khí đến nhiệt độ yêu cầu, cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy và giảm độ ẩm tương đối, từ đó tăng khả năng thu nhận ẩm Có nhiều loại caloriphe tùy thuộc vào nguồn cung cấp nhiệt, bao gồm caloriphe điện, caloriphe hơi nước và caloriphe khí-khói.
Dùng để đốt nóng và tạo ra nguồn nhiên liệu (khói lò, hơi nước, )
Thiết bị sấy có nhiều loại như buồng sấy, hầm sấy, sấy băng tải và sấy thùng quay Việc lựa chọn thiết bị sấy phù hợp phụ thuộc vào hình dáng vật liệu, năng suất sấy, kinh phí đầu tư và trình độ tổ chức sản xuất của từng đơn vị.
Dùng để thu hồi sản phẩm sấy bay theo tác nhân sấy Trong hệ thống sấy dối lưu bình thường như buồng sấy, hầm sấy thì không có cyclon
2.5 Giới thiệu thiết bị phòng sấy
Trong phòng sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau: phòng sấy, xe goong, caloriphe, van, quạt
Phòng sấy thường làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, ở áp suất khí quyển
Thiết bị sấy thường bao gồm một hoặc nhiều phòng sấy, trong đó vật liệu được đặt trên các xe goong Các xe goong này có thể được đưa vào và lấy ra khỏi phòng sấy bằng tay hoặc thông qua hệ thống tời kéo động cơ.
Phòng sấy có các ưu điểm là thiết bị đơn giản và được sử dụng rất phổ biến
Thiết bị phòng sấy có một số khuyết điểm cơ bản, bao gồm việc vật liệu sấy không được xáo trộn, dẫn đến thời gian sấy kéo dài Quá trình nạp và tháo vật liệu gặp khó khăn, gây tổn thất nhiệt lớn khi phải mở cửa phòng Điều kiện làm việc cũng nặng nhọc và không đảm bảo vệ sinh, khó khăn trong việc kiểm tra quá trình sấy Hơn nữa, nhiệt lượng của tác nhân sấy không được sử dụng triệt để, đặc biệt trong giai đoạn cuối của quá trình sấy, gây lãng phí năng lượng.
Thuyết minh quy trình sấy
Hình 2 Sơ đồ biểu diễn quá trình sấy
Hệ thống sấy đối lưu bằng không khí nóng có tuần hoàn một phần tác nhân sấy được thể hiện ở hình trên t 1 = 27 0 C
Hơi nước Không ra khí vào
Tôm ra Phương tiện đi ra
Chọn thiết bị phòng sấy tôm có năng suất nhập liệu 500kg mỗi mẻ trong chu kỳ 10 giờ, sử dụng không khí nóng được tuần hoàn qua hệ thống quạt.
Hệ thống hoạt động bắt đầu với không khí ngoài trời có nhiệt độ 27°C, độ ẩm tương đối 83% và lượng hơi nước 19 g/kg Với độ ẩm cao như vậy, nếu đưa không khí này trực tiếp vào phòng sấy, quá trình sấy sẽ kéo dài và hiệu suất sấy sẽ rất thấp.
Để nâng nhiệt độ không khí, quạt hút sẽ đưa không khí vào caloriphe, nơi sử dụng hơi nước ở áp suất 200 KPa để gia nhiệt đến trạng thái 2 Tại trạng thái 2, một phần tác nhân sấy từ phòng sấy (trạng thái 4) sẽ được hồi lưu và hòa trộn với không khí mới ở trạng thái 1 Tại điểm phối trộn này, nhiệt độ đạt t2 = 34°C và độ ẩm 𝜑2 = 60%.
Trong quá trình sấy, không khí được gia nhiệt từ trạng thái 2 với nhiệt độ t2 = 20 °C và i2 = 86 kJ/kg lên trạng thái 3 có nhiệt độ t3 = 75 °C, 𝜑3 = 8,2%, x3 g/kg, i3 = 128 kJ/kg trước khi vào phòng sấy Tại đây, không khí (trạng thái 4) nhận hơi nước từ vật sấy, giảm nhiệt độ xuống t4 = 63 °C, 𝜑4 = 17%, x4 = 24,8 g/kg, i4 = 128 kJ/kg Quá trình sấy diễn ra từ trạng thái 3 đến 4, và lượng tác nhân được hồi lưu từ trạng thái 4 về 2 Cần lưu ý rằng nhiệt độ cuối của không khí không được thấp hơn nhiệt độ điểm sương để tránh hiện tượng ngưng tụ nước trên bề mặt tôm.
Ba trạng thái không khí trong quá trình sấy được tóm tắc như sau:
Trạng thái Nhiệt độ 0 C RH % x g/kgk 3 Entalpi kJ/kg
Trong quá trình sấy tôm sú, ẩm trong tôm sẽ khuếch tán ra ngoài không khí Với chu kỳ sấy kéo dài 10 giờ, tốc độ sấy chủ yếu phụ thuộc vào hệ số khuếch tán ẩm từ bề mặt tôm ra môi trường xung quanh Quá trình khuếch tán ẩm từ bên trong ra bề mặt tôm được xem là không thay đổi và đủ để bốc hơi Các giai đoạn sấy sẽ được thực hiện theo quy trình này.
Giai đoạn nung nóng tôm sú bắt đầu từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi đạt nhiệt độ bay hơi của nước trong tôm (hay còn gọi là nhiệt độ bầu ướt) Trong giai đoạn này, nhiệt lượng được cung cấp chỉ nhằm nâng cao nhiệt độ của tôm sú mà không làm tăng độ ẩm.
17 trong tôm sú bốc hơi Xét về mặt nhiệt lượng thì phần năng lương cung cấp trong giai đoạn này là năng lượng tiêu hao
Giai đoạn sấy đẳng tốc là thời điểm quan trọng trong quá trình chế biến tôm sú, khi nhiệt lượng cung cấp giúp ẩm trong tôm khuếch tán ra môi trường không khí Trong giai đoạn này, tốc độ sấy không bị ảnh hưởng bởi hệ số khuếch tán ẩm từ bên trong tôm ra bề mặt, mà chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán từ bề mặt tôm ra không khí.
Trong giai đoạn sấy với tốc độ giảm dần, lượng ẩm trên bề mặt tôm sú không đủ để bốc hơi ra không khí Tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào hệ số khuếch tán ẩm từ bên trong ra bề mặt tôm Tuy nhiên, giai đoạn này không ảnh hưởng nhiều do thời gian sấy tương đối dài.
Lưu lượng không khí qua caloriphe có thể được xác định bằng cách so sánh hàm ẩm của không khí trước và sau khi ra khỏi caloriphe Dựa vào lưu lượng này, chúng ta có thể tính toán và lựa chọn quạt cùng với công suất động cơ phù hợp.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Xác định kích thước và khối lượng cơ bản của thiết bị chính Error!
Chọn thiết bị sấy là phòng sấy, các thiết bị dùng để chứa các vật liệu sấy là các xe goong
1.1.1 Kích thước cơ bản của xe goong
– Chiều cao: Hgoong = 1,5 m (không kể chiều cao bánh xe)
1.1.2 Vật liệu làm xe goong
Chọn vật liệu làm xe goong bằng thép khồn rỉ CT3 có khối lượng riêng ρ = 7850 kg/m 3
Số lượng xe goong phụ thuộc vào năng suất của phòng sấy và phải đủ để chứa tất cả vật liệu sấy do thiết bị và vật liệu không di chuyển trong quá trình Do đó, cần tính toán số lượng xe goong một cách hợp lý, đồng thời cũng phải xem xét các yếu tố khác ảnh hưởng đến quyết định này.
– Năng suất sấy của một mẻ
– Hình dạng và đặc tính của vật liệu sấy
– Diện tích của các khay
– Các sắp xếp vật liệu trên khay
Khi sấy tôm sú, cần tránh xếp chồng hoặc để tôm quá sát nhau vì tôm sẽ co lại khi khô Để tính toán số lượng xe goong, dựa vào số lượng tôm mỗi kg, ta chọn tôm sú có khối lượng trung bình 40 con/kg.
– Số lượng xe goong: 10 chiếc
– Số khay trên một xe: 14 khay (mỗi khay khoảng 6kg tôm)
– Khoảng các giữa các khay: H2khay = 0,1 m
1.1.4 Xác định thể tích và khối lượng của khung xe goong
Vật liệu làm xe goong chọn loại thép CT3 có khối lượng riêng: ρ1x50kg/m 3 ( II - 313)
1.1.4.1 Bốn thanh thép rỗng có tiết diện hình vuông làm thành chiều cao của xe goong
Thể tích của một thanh:
1.1.4.2 Bốn thanh thép hình thanh V làm thành chiều dài của xe
Thể tích của một thanh:
= 1,44 × 10 −4 𝑚 3 Thể tích của bốn thanh:
1.1.4.3 Bốn thanh thép hình vuông làm thành chiều rộng của xe
Thể tích của một thanh:
= 2,4 × 10 −4 𝑚 3 Thể tích của bốn thanh:
1.1.4.4 Bốn thanh thép hình chữ I làm thành 2 đường chéo của xe (2 thanh phía trên và 2 thanh phía dưới)
Thể tích của một thanh:
Thể tích của bốn thanh:
1.1.4.5 Hai thanh thép hình chữ I làm thành hai đường chéo của xe (đường chéo mặt đứng phía trong)
Thể tích của hai thanh:
1.1.4.6 Thể tích của 28 thanh sắt làm thành giá đỡ các khay
Thể tích của một thanh:
= 2,016 × 10 −3 𝑚 3 Thể tích của khung xe:
Khối lượng của các thanh sắt làm thành khung xe:
1.1.5 Thể tích và khối lượng của bộ phận bánh xe
Toàn bộ vật liệu làm nên bánh xe được làm bằng thép CT3
Các bộ phận bao gồm:
- 2 thanh trục để gắn 2 bánh xe
Thể tích của trục gắn 2 bánh xe
Trục làm bằng thép hình chữ nhật có kích thước: chọn
Bề dày của miếng thép: 𝛿 = 0,003 𝑚
Chiều rộng của tiết diện trục: 𝑅 𝑡 = 0,02 𝑚
Chiều dài của tiết diện trục: 𝐷 𝑡 = 0,04 𝑚
Thể tích của một trục:
= 2 × ( 0,04 + 0,02) × 1 × 0,003 = 3,6 × 10 −4 𝑚 3 Thể tích của hai thanh trục:
Thể tích của 4 ổ bánh xe
Một ổ bánh xe cấu tạo gồm:
* Trục gắn bánh xe vào đế đỡ
Hình 3.1 Hình biểu diễn ổ bánh xe
Thể tích của một bánh xe
Bánh xe hình trụ tròn có khoét lỗ nhỏ ở giữa để gắn trục vào
Bán kính ngoài của bánh xe: 𝑅 = 0,05 𝑚
Bán kính trong của bánh xe: 𝑟 = 0,005 𝑚
Bề dày của bánh xe: 𝛿 = 0,03 𝑚
Hình 3.2 Hình biểu diễn một bánh xe
Thể tích của 1 bánh xe:
Thể tích của đế đỡ Đế đỡ có dạng hính chữ nhật ở giữa và hai bên có dạng hình tam giác cân có:
Hình 3.3 Hình biểu diễn hình dạng đế đỡ
Hình chữ nhật có kích thước:
Hình tam giác cân có kích thước:
Thể tích của đế đỡ:
Thể tích của đế chêm Đế chêm dùng để gắn vào đế đỡ của bánh xe
Kích thước cơ bản của đế chêm:
Thể tích của đế chêm:
Ngoài ra còn có trục gắn đế chêm vào đế đỡ có thể tích không đáng kể
Thể tích của trục gắn bánh xe vào đế đỡ
Kích thước của trục bao gồm: Đường kính: 𝑑 = 0,01 𝑚
= 5,5 × 10 −6 𝑚 3 Ngoài ra còn có hai đai ốc gắn vào hai đầu trục bánh xe có thể tích không đáng kể
Thể tích của một ổ bánh xe là:
= 2,885 × 10 −4 𝑚 3 Thể tích của bốn ổ bánh xe là:
𝑉 4ổ.𝐵𝑋 = 4 × 𝑉 1ổ.𝐵𝑋 = 4 × 2,885 × 10 −4 = 1,154 × 10 −3 𝑚 3 Thể tích của bộ phận di chuyển của bánh xe (2 thanh trục và 4 ổ bánh xe):
Khối lượng của bộ phận di chuyển của bánh xe (2 thanh trục và 4 bánh xe):
1.1.6 Thể tích và khối lượng của các khay chứa vật liệu
Vật liệu làm khay đựng vật liệu chọn loại nhôm cứng có khối lượng riêng:
– Diện tích bề mặt 1 khay:
Cấu tạo một khay bao gồm:
Thể tích của khung khay
Hai thanh nhôm làm thành chiều dài của khay:
Thể tích hai thanh nhôm là:
Hai thanh nhôm làm thành chiều rộng của khay:
Thể tích hai thanh nhôm là:
Thể tích của khung khay:
Thể tích 1 tấm lưới nhôm có đục lỗ
Kích thước lỗ lưới: d1 = 5×5 mm
Khoảng cách giữa hai lỗ lưới: d2 = 2 mm
Số lỗ lưới tính theo chiều rộng của khay:
Số lỗ tính theo chiều dài của khay:
Số lỗ của một khay:
Thể tích của 1 tấm lưới chưa đục lỗ:
Thể tích của 1 lỗ lưới (lỗ lưới hình vuông):
Thể tích của n lỗ (lỗ lưới hình vuông):
Thể tích tấm lưới có đục lỗ:
= 1,14 × 10 −3 − 5,827 × 10 −4 = 5,573 × 10 −4 m 3 Thể tích của toàn bộ vật liệu làm nên 1 khay:
Khối lượng của một khay:
𝑚 1 𝑘ℎ𝑎𝑦 = 𝑉 1 𝑘ℎ𝑎𝑦 × 𝜌 𝑛ℎô𝑚 = 9,425 × 10 −4 × 2700 = 2,545 𝑘𝑔 Khối lượng của 14 khay: gnh = 𝑚 𝑘ℎ𝑎𝑦 = 2,545 × 14 = 35,63 𝑘𝑔
Khối lượng tổng cộng của một xe goong chưa có khay: gt = 𝑀 1 = 𝑚 1 + 𝑚 2 = 43,82 + 14,71 = 58,53 𝑘𝑔
Khối lượng tổng cộng của một xe goong có khay:
Khối lượng tổng cộng của một xe goong khi có vật liệu sấy:
1.1.7 Thể tích và khối lượng của đường ray
Thể tích và khối lượng của đường ray
Trong phòng sấy, ngoài xe goong, còn có các đường ray bằng thép CT3 để hỗ trợ vận chuyển Do đó, cần tính toán khối lượng và thể tích của các đường ray nhằm xác định nhiệt tổn thất khi đun nóng chúng.
Cấu tạo của đường ray: đường ray có hình dạng chữ U
Bề dày: δ = 0,002 m Rộng: b = 0,03 m (3 cạnh dài bằng nhau)
Chiều dài tương đương của 4 đường: dtđ=4×82 m Thể tích của đường ray:
Vray = 3 × δ × b × dtd = 3× 0,002 × 0,03 × 32= 5,76x10 -3 m 3 Khối lượng của đường ray: mray = Vray × ρ = 5,76x10 -3 × 7850 E,216 kg
Cách sắp xếp của các xe goong trong phòng sấy
Để đảm bảo không khí có thể lưu thông hiệu quả và tiếp xúc hoàn toàn với VLS, cần bố trí số lượng xe goong một cách hợp lý Bên cạnh đó, việc sắp xếp xe goong cũng cần đảm bảo tính cân xứng và gọn gàng cho không gian.
Cách sắp xếp: Các xe goong được xếp thành hai hàng, mỗi hàng năm chiếc – Khoảng cách giữa hai xe goong trong 1 hàng là: 0,25 m
– Khoảng cách giữa hai hàng là: 0,5 m
– Khoảng cách giữa xe goong và tường bên là: 0,25 m
– Khoảng cách giữa hai đầu tường với xe goong là: 1 m
1.2.1 Kích thước cơ bản của phòng sấy
Từ kích thước của xe goong và số lượng xe goong trong phòng ta xác định kích thước của phóng sấy như sau:
Chiều cao của phóng sấy:
Với 𝐻 𝑏á𝑛ℎ 𝑥𝑒 : chiều cao của bánh xe
1.2.2 Cấu tạo của tường phòng sấy
Tường được cấu tạo bởi 3 lớp: 2 lớp vôi vữa ở hai bên, và lớp gạch ở giữa với độ dày như sau:
○ Chiều dày của hai lớp vôi vữa: δ1 = δ3 = 0,05 m
○ Chiều dày của lớp gạch: δ2 = 0,2 m δ1 δ2 δ3
Hình 3.4 Cấu tạo tường của phòng sấy
1.2.3 Cấu tạo cửa phòng sấy
Dùng để đưa xe vật liệu vào hầm sấy và lấy vật liệu ra khi sấy xong
Cấu tạo của cửa gồm:
* Lớp thứ I và lờp thứ III làm bằng thép CT3 có bề dày δ1 = δ3 = 0,003 m, có hệ số dẫn nhiệt: λ1= 50 W/m.độ (II - 313)
* Lớp giữa làm bằng gỗ thông có bề dày δ2 = 0,2 m hệ số dẫn nhiệt λ2 = 0,35 W/m.độ
Chiều cao của cửa: Hcửa = 1,8 m
Chiều rộng của cửa: Rcửa = 1,3 m
Lượng tác nhân sấy trung bình trong một giờ
Các thông số không khí ngoài trời là:
Tra giản đồ không khí ẩm ta được: x1 = 19g/kg i1 = 75kJ/kg
Không khí được nâng nhiệt theo trạng thái thứ hai trên giản đồ i-x khi vào phóng sấy, nhằm giảm độ ẩm và tăng khả năng hút ẩm của nó.
Tra giản đồ không khí ẩm ta được:
Do thiết bị sấy sử dụng không khí đối lưu không tuần hoàn, trạng thái thứ 3 tương ứng với không khí ra khỏi thiết bị sấy được xác định là t4 = 63°C và i3 = i4 = 8kJ/kg.
Tra giản đồ không khí ẩm ta được:
Trạng thái Nhiệt độ 0 C RH % x g/kg Entanpi kJ/kg
Với các số liệu trên ta có thể tính được lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm là:
Trong thực tế, không khí thường chứa độ ẩm, do đó lượng không khí cần thiết sẽ lớn hơn so với lý thuyết Giả sử rằng lượng không khí khô trong không khí ẩm đạt 65%, điều này cho thấy sự cần thiết phải điều chỉnh các thông số liên quan đến việc sử dụng không khí trong các ứng dụng thực tế.
Lượng không khí thực tế cần dùng trong quá trình sấy là:
0.65 = 320kgKK/kg ẩm Vậy lượng không khí cần thiết để bốc hơi ẩm trong 1giờ là:
Cân bằng vật chất
Thiết bị làm việc gián đoạn với chu kì 10 giờ/mẻ, với các số liệu sau: Năng suất sản phẩm: 200 kg/10 giờ Ẩm độ vào: 77% Ẩm độ ra: 11%
Chọn căn bản tính là 1 giờ
Năng suất sản phẩm trong một giờ: P = 200/10 = 20 kg/h
Hình 3.5 Sơ đồ năng suất sấy tôm sú
Năng suất tính theo nhập liệu trong 1 giờ:
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ: W = G1 - G2 = 77,39 – 20 = 57,39 kg/h Lượng ẩm bốc hơi trong 1 chu kì: W’ = 10 x W = 10 x 57,39 = 573,9 kg
Tính toán nhiệt thiết bị sấy
Mục đích của việc tính toán thiết bị sấy là xác định toàn bộ quá trình sấy, bao gồm nhiệt tổn thất và nhiệt bổ sung trong phòng sấy, từ đó tính toán lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho hệ thống sấy.
Ta có sơ đồ sau: w Sấy
Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống sấy
Dựa vào sơ đồ trên ta thấy:
● Dòng nhiệt đưa vào thiết bị bao gồm:
* Do không khí mang vào: LI2
* Do caloriphe cung cấp: Qs = L(I3 – I2)
* Do vật liệu mang vào: C1G1tvlđ
* Do bộ phận vận chuyển mang vào:C’1G’1 tđ
● Dòng nhiệt mang ra khỏi thiết bị bao gồm:
* Do không khí mang ra: LI4
* Do mất mát ra môi truờng xung quanh:Qm
* Do vật liệu mang ra khỏi thiết bị sấy:C2 G2 tvlc
* Do bộ phận vận chuyển mang ra:C’2 G’2 tc
Khi đó phương trình cân bằng vật chất được viết:
LI2 + Qs + G1C1tvlđ + C’1G’1tđ = LI4 + Qm + G2C2tvlc + C’2G’2tc
G1,G2: khối lượng của vật liệu vào và ra khỏi thiết bị sấy, kg
G’1 = G’2 = Gvc: khối lượng của bộ phận vận chuyển, kg
Nhiệt dung riêng của vật liệu làm bộ phận vận chuyển được ký hiệu là C’1 và C’2, với đơn vị là kj/kg.độ Nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau khi ra khỏi thiết bị sấy được ký hiệu là tvlđ và tvlc, đơn vị tính là độ C Ngoài ra, nhiệt độ của vật liệu làm bộ phận vận chuyển khi vào và ra khỏi thiết bị sấy được ký hiệu là tđ và tc.
Do đó phương trình trên có thể viết lại như sau:
L(I2 – I4) + Qs = Qm + G2C2tvlc - C1G1vvlđ + C’2 G’2 tc - C’1G’1 tđ
Thay C1G1tvlđ =G2C2tvlđ + WCntvlđ ta được
L(I2 – I4)+Qs = Qm + G2C2tvlc - (G2C2tvlđ +WCntvlđ)+C’2 G’2 tc - C’1G’1 tđ
→ L(I2 – I4)+Qs = Qm+G2C2(tvlc-tvlđ)+Gvc(tc – tđ)-WCntvlđ
Chia phương trên cho lượng ẩm bay hơi trong một giờ W ta được: l(i2-i4) +qs = qm+q1+q2- cntvlđ
Vậy nhiệt lượng tiêu hao riêng cho thiết bị sấy: q = qs = (i2-i4) +q1+q2+qm-cntvlđ đặt: Σq = q1 + q2 +qm: gọi là nhiệt tổn thất chung Δ = cntvlđ -Σq : gọi là nhiệt bổ xung thực tế
Trong quá trình đun nóng vật liệu, cần tính đến các yếu tố nhiệt tổn thất khác nhau Đầu tiên, q1 đại diện cho nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu, tính bằng kj/kg Tiếp theo, q2 là nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển, cũng được đo bằng kj/kg Cuối cùng, qm là nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh, cũng tính theo đơn vị kj/kg Việc hiểu rõ các loại nhiệt tổn thất này là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình và tiết kiệm năng lượng.
Để tính toán qs, trước tiên cần xác định giá trị Δ Khi đã có Δ, quá trình sấy có thể được biểu diễn trên đồ thị I-x, từ đó giúp xác định các giá trị x2, x3, i2 và i3, và cuối cùng là tính toán được qs.
Như vậy các quá trình nhiệt cần phải tính:
* Nhiệt lượng do nước trong vật liệu mang vào cntvlđ.
* Nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu sấy q1.
* Nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển q2
* Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh qm
4.1 Nhiệt lượng do nước trong vật liệu mang vào:
Vật liệu ẩm luôn có chưa một lượng ẩm nhất định, nhiệt lượng do 1 kg ẩm mang vào trong phòng sấy: qnvl = cn × tvlđ (V - 166)
Với: n: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ ban đầu trước khi đưa vào phòng sấy kj/kg.độ tvlđ : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy 0 C
32 cn = 4.191 kj/kgđộ ( V - 37) qnvl = 1 × 4.191 × 10 = 41.91 kj/kg
4.2 Nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu sấy
G2: năng suất tính theo sản phẩm của VLS, kg/h
Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu, J/kgđộ θ1,θ2: nhiệt độ vào và ra của VLS, 0 C
W: lượng ẩm thoát ra từ VLS trong 1 giờ, kg/h
Cvl: tra theo thành phần của tôm sú
CCK, Cn: là nhiệt dung riêng của chất khô và nước
CCK = 3.48 (kJ/kg.độ); Cn=1 (kcal/kg.độ)
Tôm sú có độ ẩm: 77% do đó Cvl = 0,9 (kcal/kg.độ)
(Nguồn: ASHREA 1998 Handbook of Refrigeration)
4.3 Nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển
Phương tiện vận chuyển bao gồm xe goong được chế tạo từ thép CT3 và khay làm từ nhôm cứng Bên cạnh đó, hệ thống đường ray cũng được làm từ thép CT3, hỗ trợ cho việc di chuyển của xe.
4.3.1 Nhiệt tổn thất để đun nóng xe goong
( t t nh nh ) W x vc vc t c N g c g q J/kg
Khối lượng tổng cộng của thanh thép CT3 và các khay nhôm trên một xe goong là 58,53 kg và 30,38 kg tương ứng Nhiệt dung riêng của thép được xác định là 0,5 × 10^3 J/kg.độ, trong khi nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92 × 10^3 J/kg.độ.
Nx: số xe goong, Nx = 10 τ : chu kỳ sấy, τ h Δtvc= tc - tđ tđ = tkk = 27 0 C tc = tcvl = 60 0 C
4.3.2 Nhiệt tổn thất để đun nóng đường ray
Công thức tính tương tự như công thức tính tổn thất nhiệt để đun nóng xe goong
Hay: qray = mray × cray ×Δtray/(W × τ )
Với: mray = 45.216 kg cray = 0,5x10 3 J/kg độ
Nhiệt tổn thất để đun nóng xe goong và đường ray là: q2 = qvc + qray = 32,899 + 1,3 = 34,193 kJ/kg
4.4 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:
* Nhiệt tổn thất qua tường:qtường
* Nhiệt tổn thất qua trần của phòng sấy: qtrần
* Nhiệt tổn thất qua nền:qnền
* Nhiệt tổn thất qua cửa: qcửa
* Nhiệt tổn thất động học: qđhọc
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh được tính: qm = qtường+qtrần+qnền+qcửa+qđhọc
4.4.1 Nhiệt tổn thất qua tường của phòng sấy
Tường bao gồm tường ở hai bên và tường ở hai đầu Như đã mô tả ở phần trước, tường được cấu tạ○ gồm 3 lớp: δ1 δ2 δ3
Hình 3.8 Cấu tạo tường của phòng sấy
Các số liệu của tường:
Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = λ3 = 0,778W/m.độ ( V - 52) Lớp 2
Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,28W/m.độ ( V - 52)
4.4.1.1 Diện tích truyền nhiệt của bề mặt tường
Fphòng = 2(Hphòng × Lphòng )+2 (Hphòng × Rphòng )- Hcửa × Lcửa
4.4.1.2 Vận tốc của tác nhân sấy ωTNS = Lkk/Ftd (V - 170) Với:
Lkk: lưu lượng không khí cần thiết để bốc ẩm trong 1 giây, m 3 s
Ftd: tiết diện tự do của phòng sấy, m 2
Như đã tính được ở phần trước Lkk 658,33 kgkk/h
Nhiệt độ và độ ẩm trung bình trong phòng sấy: ttb = (t2 + t3) /2 = (75 + 63)/2 = 69 0 C φtb = ( RH2 + RH3) /2 = (7,9+17)/2 = 12,45%
Tra giản đồ không khí ẩm ta tìm được thể tích riêng của không khí ẩm trong không khí khô là: v = 1,01 m 3 /kg
Tính tiết diện tự do của phòng sấy:
Ftd = Rp.Hp - 2.n’.Rk.Hk – Fkhung xe
= Rp.Hp-2.n’.Rk.Hk- (4xRkhung đứngxLkhung đứng+4xHkhung ngangxLkhung ngang) Với:
H khay = ( δ thanh đỡ + δ tấm lưới + δ khung khay + δtôm sú)
Trong đó δtôm sú: bề dài của tôm sú xếp trên khay
FKhung xe = 4xRkhung đứng x Lkhung đứng+4xRkhung ngangxLkhung ngang
Vậy vận tốc tác nhân sấy là: ωTNS = Lkk/ Ftd = 4,95/4,3731 = 1,132 m/s
4.4.1.3 Tính hệ số truyền nhiệt
Giả thuyết về quá trình truyền nhiệt từ TNS ra không khí được xác định là quá trình truyền nhiệt biến nhiệt ổn định, trong đó nhiệt độ của tác nhân sấy thay đổi theo không gian mà không thay đổi theo thời gian.
Hình 3.9 Hình biểu diễn nhiệt độ TNS theo thời gian
+ Tính hệ số cấp nhiệt từ TNS đến tường của phòng sấy
Hệ số cấp nhiệt trong buồng sấy bị ảnh hưởng bởi cả đối lưu cưỡng bức do quạt tạo ra và đối lưu tự nhiên dọc theo tường.
Ta có: α1 = A ( α1’ + α1”) W/m 2 độ ( V - 171) Trong đó:
A: hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí Khi chế độ chảy xoáy và tường nhám thì: A = 1,2 1,3
Chọn A = 1,2 α1’: hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy chuyển động cưỡng bức, W/m 2 độ α1’’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên., W/m 2 độ
+ Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động cưỡng bức
Trong đó: λt: hệ số dẫn nhiệt của không khí,w/m độ (Tra theo nhiệt độ trung bình của TNS:69 0 C)
Lp: là chiều dài của phòng sấy, ( Lp = 9 m)
Nu1’: là chuẩn số nuy-xen
Nu1’ = c Re n c, n: các hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của tác nhân sấy
Re: chuẩn số Reynold được tính theo công thức: t t t d td
Với: ωt: tốc độ tác nhân sấy trong phòng sấy, m/s ωt = 1.132 m/s μt, ρt: độ nhớt và khối lượng riêng của TNS tra theo nhiệt độ trung bình (ttb i 0 C)
Ta có: μt = 0,204x10 -4 Ns/m 2 ρt = 1,0317 kg/m 3 dtd: đường kính tương đương của phòng sấy, m
Rp,Hp: chiều rộng và chiều cao của phòng sấy, m
Thay các số liệu trên vào ta tính được chuẩn số reynold là:
+ Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động tự nhiên p
, m : các hệ số phụ thuộc vào tích số ( Gr Pr )
T:hệ số dẫn nhiệt của TNS tra theo nhiệt độ trung bình của TNS 69 0 C
Hp = 1,8 m chiều cao của phòng
Chuẩn số Gờ rát cốp: ( V - 173)
T: Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của TNS với bề tường, 0 K
Ttb : Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, 0 K
Ttb = 69 0 C = 273 + 69 = 342 0 K g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m 2 / s
Khối lượng riêng và độ nhớt của TNS được xác định theo nhiệt độ màng Nhiệt độ trung bình của TNS khi vào là 75 °C và khi ra khỏi phòng là 63 °C, tính toán như sau: ttb = (t2 + t3)/2 = (75 + 63)/2 = 69 °C Nhiệt độ mặt tường tiếp xúc với TNS được tính bằng công thức tT1 = ttb - Δt1.
t1: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của TNS và nhiệt độ của tường hầm phía tiếp xúc với TNS Nhiệt độ này ta giả sử
→ μt = Ns/m 2 (I - 118) ρt = 1.036 kg/m 3 ( I - 14) Thay các số liêu tên ta tính được:
Chuẩn số Pran: tra theo nhiệt độ trung bình của TNS = 69 0 C
Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến tường hầm sấy là :
Nhiệt tải riêng truyền từ TNS vào tường hầm sấy: q1 = 1 t1 = 12,667 × 3,151= 39,91 /kg
Hệ số cấp nhiệt từ mặt tường của phòng sấy ra môi trường xung quanh được tính bằng công thức α2 = α’2 + α”2 W/m².độ (V - 174) Trong đó, α’2 là hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên, tính bằng W/m².độ, và α”2 là hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ mặt tường ngoài của phòng sấy ra môi trường xung quanh, cũng tính bằng W/m².độ.
+ Hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên
t2 :Hiệu số bề mặt tường và không khí xunh quanh, 0C
t2 = tT2 – t2 , 0 C (V - 235) tT2 = tT1 - Δ t: là nhiệt độ của tường phòng sấy phía tiếp xúc vời không khí ngoài t2 : là nhiệt độ không khí bên ngoài, t2 = 27 0 C
Công thức tính toán nhiệt độ Δt = q1 × Σr, trong đó Σr = r1 + δ/λ + r2 m² °C/W Ở đây, r1 và r2 là trị số nhiệt trở trung bình của lớp cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, với giá trị r1 = r2 = 0,000387 m² °C/W Tham số δ/λ đại diện cho nhiệt trở thành thiết bị, tính bằng m² °C/W Đối với lớp vôi vữa, chiều dài δ1 = δ3 = 0,05 m và hệ số dẫn nhiệt λ1 = λ3 = 0,778 W/m °C Trong khi đó, lớp gạch có chiều dài δ2 = 0,2 m và hệ số dẫn nhiệt λ2 = 0,28.
+ Hệ số cấp nhiệt do bức xạ
C1-2: hệ số bức xạ chung, thường thì hệ số bức xạ chung khoảng
Chọn hệ số dẫn nhiệt C1-2 là 4,25 W/m² Nhiệt độ tường hầm sấy tiếp xúc với không khí bên ngoài được xác định là 0 K Tính toán nhiệt độ tường nhà phân xưởng (tt) bằng nhiệt độ không khí bên ngoài, tương ứng với 27°C, tức là 300 K Nhiệt độ không khí bên ngoài (t2) cũng là 27°C, tương đương 300 K.
Thay các số liệu tên ta tính được:
Vậy hệ số cấp nhiệt từ bề mặt tường ngòai của phòng sấy ra môi trường xung quanh là: α2 = α2’ + α2’’ = 2.986 +4,71= 7,696W/ m 2 0 C
Nhiệt tải riêng truyền từ mặt ngoài tường phòng sấy ra môi truờng xung quanh: q2 = α2 × Δt2 = 7,696 × 5,177 = 39,84J/kg
Kiểm tra lại giả thiết về nhiệt độ:
Kết quả này có thể chấp nhận được
Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức:
Trong đó: α1: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường nhám α1 667 W/m 2 độ α2 : hệ số cấp nhiệt phía tường ngoài phòng sấy ra môi trường xung quanh α2 =7,696 W/m 2 độ
Tính nhiệt tổn thất qua tường
Ft: diện tích bề mặt tường của phòng sấy.Ft = 40,86 m 2
W : lượng ẩm bốc hơi trong hầm sấy, kg/h.W= 57,39 kg/h Δttb: hiệu số nhiệt độ trung bình c d tb t t tc t t
c d tb t t tc t t 0 C kg kJ kg
4.4.2 Nhiệt tổn thất qua trần của phòng sấy
Cấu tạo của trần như sau: trần gồm 3 lớp, lớp bê tông ở giữa, hai lớp ngoài bao quanh lớp bêtông là hai lớp vôi vữa
Lớp ở giữa làm bằng vật liệu cách nhiệt bêtông có: Độ dài: δ2 =0,15 m
Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,922 W/m độ (V - 52) Hai lớp vôi vữa có: Độ dài: δ1=δ3 =0,025m
Hệ số dẫn nhiệt: λ1=λ3 = 0,788 W/m độ (V - 52)
Quá trình cấp nhiệt qua trần cũng tính tóan giống như cấp nhiệt qua tường nhưng lại là tường nằm ngang
+ Tính hệ số cấp nhiệt từ TNS đến trần của phòng sấy α 1
Ta có công thức tương tự như trên: α1 = A ( α1’ + α1”) W/m 2 độ ( V - 171) Trong đó:
A: hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí Khi chế độ chảy xoáy và tường nhám thì: A = 1,2 1,3
Chọn A = 1.2 α1’: hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy chuyển động cưỡng bức, w/m 2 độ α1’’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên., w/m 2 độ
+ Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động cưỡng bức α1’
Khi đối lưu cưỡng bức vẫn sử dụng công thức:
W/m 2 độ (V - 172) Tương tự như tổn thất qua tường ta tính được: α1’=1,25 W/m 2 độ + Tính hệ số cấp nhiệt của TNS chuyển động tự nhiên α1’’
Hệ số cấp nhiệt khi đối lưu tự nhiên qua trần tương tự như tổn thất nhiệt qua tường, nhưng cần giảm 30% để tính toán chính xác hơn.
T:hệ số dẫn nhiệt của TNS tra theo nhiệt độ trung bình của TNS ttbTNS = 69 0 C
, m : các hệ số phụ thuộc vào tích số ( Gr Pr )
Chuẩn số Gờ rát cốp: tb T
Bp = 3 m chiều rộng của phòng, m
Ttb : Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, K
Ttb = 69 0 C = 273 + 69 = 342 K g: Gia tốc trọng trường, g = 9.81 m 2 / s
T : Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy với bề mặt tường, 0 K
T , T : Khối lượng riêng và độ nhớt của TNS tra theo nhiệt độ màng (tm)
T tb m t t t t tb : Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy ( trung bình của nhiệt độ TNS lúc vào 75 0 C và lúc ra khỏi hầm 63 0 C )
→ ttb = ( t1đ + t2c)/2 = (75+63)/2 = 69 0 C tT1: Nhiệt độ mặt tường phía tiếp xúc với TNS 0 C
t1: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của TNS và độ của tường hầm phía tiếp xúc với TNS o C ( nhiệt độ này giả sử )
→ ρt = 1,046kg/m 3 (I – 14) Thay các số liêu tên ta tính được:
→ Pr= 0,6942 tra theo nhiệt độ trung bình của TNS = 69 0 C (I – 318)
Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến tường hầm sấy là :
Nhiệt tải riêng truyền từ TNS vào tường hầm sấy: q1 = 1 t1 = 9,46 × 10,14 ≈ 95,92 J/kg
Hệ số cấp nhiệt từ trần của phòng sấy ra môi trường xung quanh được tính bằng công thức α2 = α’2 + α”2 (W/m².độ), trong đó α’2 là hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên (W/m².độ) và α”2 là hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ mặt tường ngoài của phòng sấy ra môi trường xung quanh (W/m².độ).
+ Hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên
Công thức tính giống như tổn thất nhiệt qua tường nhưng hệ số cấp nhiệt do đối lưu cần tăng thêm kết quả tính toán 30% tức là:
t2: hiệu số bề mặt tường và không khí xunh quanh, 0 C
t2 = tT2 – t2 tT2: là nhiệt độ của tường phòng sấy phía tiếp xúc vời không khí ngoài, 0 C tT2 = tT1 - Δ t t2 là nhiệt độ không khí bên ngoài, t2 = 30 0 C
Với: r1, r2: là trị số nhiệt trở trung bình của lớp cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt r1 = r2 = 0,000387 m 2 độ/w δ/λ : nhiệt trở thành thiết bị, m 2 độ/W
Hệ số dẫn nhiệt: λ1=λ3 = 0,788 W/m độ Độ dày: δ2 =0,15 m
Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,922 W/m độ
+Hệ số cấp nhiệt do bức xạ
C1-2 : hệ số bức xạ chung ,thường thì hệ số bức xạ chung khoảng 4.15→4.25
Để tính toán nhiệt độ của tường hầm sấy tiếp xúc với không khí bên ngoài, ta sử dụng công thức tT2 = 37,16 + 273 = 310,16 K Nhiệt độ của tường nhà phân xưởng được lấy bằng nhiệt độ không khí bên ngoài là 27°C, tương đương 300 K Nhiệt độ không khí bên ngoài (t2) cũng được xác định là 27°C, tức là 300 K.
Thay các số liệu tên ta tính được:
* Hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài tường của phòng sấy ra môi trường xung quanh là α2 = α2’ + α2’’ = 4,596 + 4,828 = 9,424 W/ m 2 0 C
* Nhiệt tải riêng truyền từ tường ngoài phòng sấy ra môi truờng xung quanh q2 = α2 × Δt2 = 9,424 × 10,16= 95,75 J/kg
Kiểm tra lại giả thuyết về nhiệt độ
Kết quả này có thể chấp nhận được
Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính caloriphe sưởi
Caloriphe thường là thiết bị truyền nhiệt gián tiếp Tính caloriphe tức là tính diện tích bề mặt và kích thước cơ bản của thiết bị truyền nhiệt
Chọn thiết bị truyền nhiệt là thiết bị loại ống chùm có các ống truyền nhiệt làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λ = 385 W/m 0 C ( V - 49)
Caloriphe được thiết kế nằm ngang, cho phép không khí lưu thông trong ống truyền nhiệt trong khi hơi nóng di chuyển bên ngoài ống Thân thiết bị được chế tạo từ thép CT3, đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu.
○ Áp suất hơi bão hoà: P = 200KPa → t 0 ≈ 120 0 C
○ Nhiệt độ vào của không khí: t1 = 27 0 C
○ Nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị Caloriphe: t2 = 75 0 C
Các số liệu được chọn của thiết bị:
+ Hệ số truyền nhiệt: λcu85 W/m.độ
+ Đường kính trong của ống đồng: dtr =0,07 m
+ Đường kính ngoài: dn = 2δcu + dtr =2 x 0,003+ 0,07= 0,076 m
1.1 Đồ thị đặc trưng cho quá trình truyền nhiệt t 2c
1.2 Hiệu số nhiệt độ trung bình
T: là nhiệt của hơi bão hoà, 0 C ( T 0 0 C ) t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của TNS trước khi vào và sau khi ra khỏi caloriphe t2đ = 30 0 C t2c = 75 0 C
1.3 Tính hệ số truyền nhiệt K
Trong đó: α1: hệ số truyền nhiệt phía hơi bão hoà, ( W/m 2 độ ) α2: hệ số truyền nhiệt phía không khí: ( W/m 2 độ ) δ: bề dày của ống truyền nhiệt, m
→ Chọn δ =0.003m λ: hệ số dẫn nhiệt của đồng, ( λ = 385 W/m 2 độ)
+ Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hòa
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các yếu tố quan trọng liên quan đến hơi ngưng tụ, bao gồm ẩn nhiệt của hơi ngưng tụ (r) tính bằng J/kg, hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (Δt1) được đo bằng độ C, và đường kính ngoài của ống (dn) tính bằng mét Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành thiết bị nhiệt.
Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng nước ngưng, trong đó ρn là khối lượng riêng của nước ngưng tính bằng kg/m³, λn là hệ số dẫn nhiệt của nước ngưng với đơn vị W/m độ, và μn là độ nhớt của nước ngưng được đo bằng Ns/m².
Thông thường A tra theo nhiệt độ của màng nước ngưng tm
T= 120 0 C là nhiệt độ hơi nước bão hoà tT1 = T- Δt1:là nhiệt độ của thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi bão hoà
Nội suy từ bảng trên ta được: A = 187,981
Vậy hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hoà:
+ Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí d tr
Trong đó: λ: là hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt λ= 385 W/m.độ
Nu là chuẩn số Nuy-xen
Nu (V - 242) Đối với không khí thì:
→Nu 0 018 x Re 0 8 εx: hệ số hiệu chỉnh, kể đến ảnh hưởng của tỷ số giữa chiều dài ống (L) và đường kính ống (D) đến hệ số cấp nhiệt
Thường ở chế độ chảy xoáy tỉ số L/D = 1 → 50 thì εx = 1 → 1.6
Re là chuẩn số Reynold: k k d tr
Re ( V - 172) Với: dtr: đường kính trong của ống, m
64 dtr = 0.07m ω: tốc độ chuyển động của không khí,m/s
→ Chọn ω = 7 m/s μk,ρk: độ nhớt và khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ bình
Từ nhiệt độ trung bình ta tìm được các thông số của không khí như sau: ρk = 1.0897 kg/m 3 λk = 2.837x10 -2 W/m.độ (V - 28) μk = 1.96x10 -5 Ns/m 2
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
Vậy hệ số cấp nhiệt phía không khí là:
* Tính nhiệt tải riêng của q1:
* Tính nhiệt tải riêng của q2:
Với Δt2: hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt ống thuyền nhịêt phía tiếp xúc với không khí bên trong ống và nhiệt độ trung bình Δt2= tT2 - ttb
Nhiệt độ tT2 là nhiệt độ trên bề mặt thiết bị tiếp xúc với không khí bên trong ống, được tính bằng công thức tT2 = tT1 - Δt Trong đó, tT1 là nhiệt độ trên bề mặt thiết bị tiếp xúc với hơi nước bên ngoài ống Giá trị Δt được xác định qua công thức Δt = q1 × Σr.
Nhiệt trở của hơi nước có lẫn dầu nhờn bám trên bề mặt truyền nhiệt được xác định với giá trị r1 = 0,000232 m² 0 C/W, trong khi đó, trị số của lớp cặn bán trên bề mặt truyền nhiệt là r2 = 0,000387 m² 0 C/W.
(V - 78) δ/λ : nhiệt trở thành thiết bị, m 2 độ/W δ/λ = 0,003/385 = 7,792x10 -6
* Vậy hệ số truyền nhiệt k là:
1.4 Tính bề mặt truyền nhiệt
Q = 246133,5511 J/s :là nhiệt lượng tiêu tốn ở caloriphe sưởi
K = 41,177 W/m 2 độ là hệ số truyền nhiệt Δttb = 66,12 0 C:là hệ số nhiệt độ trung bình η = 0,85 là hiệu suất làm việc của caloriphe
1.5 Tính số ống truyền nhiệt l d n F
F: diện tích bề mặt truyền nhiệt của caloriphe, m 2
F = 127,5 m 2 d: đường kính trong của ống truền nhiệt, m d= 0,07 m l: chiều dài của ống truyền nhiệt, m chọn l=3,5 m
Chọn số ống là: n = 169 ống n = 3a(a-1) + 1 = 169 (V-236)
a = 8 ống (số ống trên cạnh ngoài cùng của lục giác)
Số ống trên đường chéo hình lục giác tính theo công thức : b = 2a – 1 = 2 × 8 - 1 = 15 ống (V-236)
1.6 Tính đường kính trong của thiết bị truyền nhiệt
Dt = t.(b-1) +4d , m (V - 237) Trong đó: t: bước ống, chọn t= 1,2d d: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m d = 0,076 m Vậy đường kính trong của caloriphe là:
Năng suất của quạt được xác định bởi lượng sản phẩm cháy đi qua máy sấy, đồng thời cũng phản ánh lượng không khí khô thực tế Lw cần thiết để bốc hơi W kg ẩm từ vật liệu trong phòng sấy.
Ta có: Lw = ls x W 07,69 x 57,39 = 17658,3291 kgk 3 /h (V - 193) Q’ = Lw x v = 17658,3291 x 0,8761
Trong đó ls: là lượng không khí khô thực tế dùng để bốc hơi 1 kg ẩm ls = 307,69 kgk 3 /kgẩm
W: lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ
W = 57,39 kg/h v: thể tích riêng của không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô ở nhiệt độ t = 27 0 C và độ ẩm tương đối RH1 = 83 % v =0,8761 m 3 /kg
Năng suất của quạt tương đối lớn nên ta chọn 2 quạt
Năng suất của mỗi quạt là:
2.2 Tính tổn thất năng lượng trong hệ thống mạng ống của quạt
Tính tổn thất năng lượng trong hệ thống mạng ống của quạt (kể cả đoạn ống hút và ống đẩy) bao gồm:
* Tổn thất do cột năng hình học ΣHh.
* Tổn thât do ma sát ΣHm
* Tổn thất cục bộ ΣHc
Vậy ta có: ΣHt = ΣHh + ΣHm + ΣHc , N/m 2 ( V - 226)
2.2.1 Tổn thất do cột năng hình học ΣHh = ΣHhh + ΣHhđ N/m 2 ( V - 226) ΣHhh, ΣHhđ : tổn thất do cột năng hình học trên ống hút và ống đẩy, N/m 2
H: chiều cao của kênh dẫn khói hay của ống khói, m g: gia tốc trọng trường, m/s 2 λ0kk,λ0kk : khối lượng riêng không khí và khói lò ở điều kiện 0 0 C, kg/ m 3
Tkk.Tk: nhiệt độ trung bình theo chiều cao H của không khí và kói lò, 0 K
Trong kênh dẫn không khí, không khí chỉ chuyển động mà không có sự thay đổi khối lượng, do đó λ0k = 0 và Tkk = Tk tương ứng với nhiệt độ không khí ngoài trời là 30°C Lúc này, λokk đại diện cho khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ 30°C, trong khi H là chiều cao của kênh dẫn không khí Công thức liên quan có thể được viết lại như sau: k kk h T.
Ta đặt quạt hút sao cho không khí đi thẳng theo kênh dẫn trực tiếp không khí vào caloriphe khi đó: H = 0
2.2.2 Tổn thất do ma sát Để tính tổn thất do ma sát ta sẽ tính các trở lực như sau:
* Trở lực qua ống dẫn không khí
* Trở lực qua ống truyền nhiệt
+ Ma sát qua qua ống dẫn không khí
Trong đó: λ = f(Re): hệ số ma sát, thường chấp nhận λ = 0.02 → 0.05
L : chiều dài kênh dẫn không khí, m
→ Chọn L = 2m ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = 27 0 C
→ ρok = 1,177 kg/m 3 ( V - 28) d: đường kính ống dẫn không khí, m
Tk: nhiệt độ không khí ở nhiệt độ 30 0 C
T0: nhiệt độ của không khí ở 0 0 C → T0 = 273K ω0k: tốc độ trung bình của không khí qua kênh ống dẫn, m/s
V0k: lượng không khí qua kênh dẫn cũng chính là lượng không khí thực tế vào phòng sấy, m 3 /s
Thay các số liệu trên và ta được:
+ Ma sát qua ống truyền nhiệt
Tương tự như trên ta cũng có công thức
H m k k k N/m 2 ( V - 224) Ở đây: n: số ống truyền nhiệt, n = 169 ống
L: chiều dài ống truyền nhiệt, L = 3,5 m ω : vận tốc khí đi trong ống, ω = 7 m/s d : đường kính trong của ống , d = 0,07 m ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình, (ttb = 51 0 C)
Tk:nhệt độ trung bình của không khí trong ống truyền nhiệt , K ttb = 51 0 C → Tk = 273 + 51 = 324 0 K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C
+ Ma sát qua phòng sấy
Ta cũng có công thức:
L: chiều dài phòng sấy, L = 9 m ω : vận tốc khí đi trong phòng sấy, ω = 1,132 m/s d : đường kính tương đương của phòng sấy, d = 2,25m ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình trong phòng sấy (ttbi 0 C)
Tk:nhệt độ trung bình của tác nhân sấy trong phòng sấy, 0 K ttb = 69 0 C → Tk = 273 + 69 = 342 0 K
T0 = 273 0 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C
Vậy tổng các tổn thất do ma sát là: ΣHm = Hm1 + Hm2 + Hm3
Tính tổn thất cục bộ là tính các trở lực sau đây:
* Trở lực qua ống hình côn rộng dần
* Trở lực do đột thu vàn các ống nhỏ ( ống truyền nhiệt ) trong caloriphe
* Trở lực do xe goong tạo ra
* Trở lục do lưới chắn bụi rác
+ Tổn thất cục bộ do đột mở (từ ống dẫn vào caloripphe)
Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình của không khí qua kênh ống dẫn ω0k = 11,17m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = 27 0 C
Tk:nhệt độ của không khí đi trong ống dẫn, K ttb = 27 0 C → Tk = 273 + 27 = 300 0 K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ
Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) được xác định theo bảng N0-13 (V - 69) Với:
Trong đó: d0: đường kính trong của ống dẫn, m
73 d0 = 0.7m ω0: tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn ,m/s ω = 11,17 m/s μ,ρ: độ nhớt và khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ t = 30 0 C
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
F0 , d0: tiết diện và đường kính ống nhỏ (ống dẫn không khí) d0= 0,7 m
F1 , d1: tiết diện và đường kính ống lớn (caloriphe) d1 = 1.6 m
Với: Re>3,5x10 -3 thì ζ được xác định theo bảng N 0 11 (V – 68)
Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
+ Tổn thất cục bộ do đột thu (từ caloriphe ra ống dẫn vào phòng)
Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình của không khí đi trong ống truyền nhiệt ω0k = 11,17m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí tại caloriphe ở nhiệt độ trung bình ttb = 75 0 C → ρ0k = 1,014kg/m 3 (I-14)
Tk:nhệt độ của không khí đi trong ống truyền nhiệt, K ttb = 75 0 C → Tk = 273 + 75 = 348 K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ phụ thuộc vào Re và tỉ số tiết diện F0/F1
Tính ζ (tính theo vận tốc dòng ở mặt cắt nhỏ)
Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) được xác định theo bảng N0-13 ( V - 69) Trong đó: d0: đường kính trong của ống truyền nhiệt, m d0 = 0,7m ω0: tốc độ chuyển động của không khí trong ống truyền nhiệt,m/s ω ,17 m/s
75 μ,ρ: độ nhớt và khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ trung bình
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
F0 , d0: tiết diện và đường kính ống nhỏ (ống dẫn không khí) d0 = 0,7 m
F1 , d1: tiết diện và đường kính ống lớn (caloriphe) d1= 1,6m
Nhận thấy Re >10 4 Nội suy từ bảng N0-13 (V - 69)
Ta được: ζ = 0,4518 Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
+ Tổn thất cục bộ do đột thu qua ống truyền nhiệt
Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình của không khí đi trong ống truyền nhiệt ω0k = 7m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí tại caloriphe ở nhiệt độ trung bình
Tk:nhệt độ của không khí đi trong ống truyền nhiệt, K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ phụ thhuộc vào Re và tỉ số tiết diện F0/F1
Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) được xác định theo bảng N0-13 (V- 69) Với:
Trong đó: d0: đường kính trong của ống truyền nhiệt, m
→ d0 = 0,07m ω0: tốc độ chuyển động của không khí trong ống truyền nhiệt,m/s
→ ω =7 m/s μ,ρ: độ nhớt và khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ trung bình (ttb' 0 C)
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
F0 , d0: tiết diện và đường kính ống nhỏ (ống dẫn không khí)
F1 , d1: tiết diện và đường kính ống lớn (caloriphe)
Tổng số ống truyền nhiệt là 69 ống nên:
Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
+ Tổn thất cục bộ do đột mở từ ống truyền nhiệt:
Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình của không khí đi trong ống truyền nhiệt
→ ω0k = 7 m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí tại caloriphe ở nhiệt độ đầu ttb = 75 0 C → ρ0k = 1,014 kg/m 3
Tk:nhiệt độ của không khí đi trong ống truyền nhiệt, 0 K ttb = 75 0 C → Tk = 273 + 75 = 348 0 K
T0 = 273 K: là nhiệt độ không khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ
Trong đó: d0: đường kính trong của ống truyền nhiệt, m
→ d0 = 0,07 m ω0: tốc độ chuyển động của không khí trong ống truyền nhiệt,m/s
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
F0 , d0: tiết diện và đường kính ống nhỏ (ống dẫn không khí)
F1 , d1: tiết diện và đường kính ống lớn (caloriphe)
Tổng số ống truyền nhiệt là 169 ống nên:
Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
+ Tổn thất cục bộ do xe goong tạo ra
Công thức tính cung tương tự:
80 ω0k : tốc độ trung bình của không khí đi trong phòng sấy
→ ω0k = 1.132m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình trong phòng sấy (ti 0 C)
Tk:nhệt độ trung bình của không khí đi trong phòng sấy, 0 K ttb = 69 0 C → Tk = 273 + 69 = 342 0 K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ tra theo ống đột thu
Fx , dx: tiết diện và đường kính tương đương của xe goong
Fp , dp: tiết diện và đường kính tương đương của phòng sấy
Vì trong phòng bố trí 2 dãy xe song song nhau nên:
Bx =1 là chiều rộng của xe goong
Hx = 1.5 là chiều cao của xe goong trong đó:
Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
+ Tổn thất cục bộ do lưới chắn bụi rác
Chọn lưới chắn bụi và rác bằng kim loại với diện tích lỗ lưới chiếm 90% diện tích tiết diện Lưới này được đặt trong ống dẫn không khí phía trước caloriphe để đảm bảo hiệu quả lọc bụi Công thức tính trở lực cũng cần được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.
Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình của không khí qua kênh ống dẫn
→ ω0k = 11,17m/s ρ0k: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = 27 0 C
Tk:nhệt độ của không khí đi trong ống dẫn, 0 K ttb = 27 0 C → Tk = 273 + 27 = 300 0 K
T0 = 273 K: là nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 0 0 C ζ : hệ số trở lực cục bộ ζ = ζ 0 x α
Diện tích lỗ lưới chiếm 90% diện tích tiết diện của lưới chắn → diện tích bề mặt của lỗ lưới(F1) bằng 90% diện tích của ống dẫn không khí
Re là chuẩn số Reynold:
Với: δtb: đường kính trung bình của lỗ lưới
→ Chọn δtb = 0,005 m ω : tốc độ chuyển động của không khí đi trong ống dẫn ,m/s
→ Chọn ω ,17 m/s μ,ρ: độ nhớt và khối lượng riêng của không khí tra theo nhiệt độ t ' 0 C
Thay các số liệu trên vào ta tính được cuẩn số Re
Ta có: Re = 3559,04 >400 theo bảng N 0 - 6 ( V - 65 )
Thay các số liệu ở trên vào ta tính được:
Vậy tổng tổn thất cục bộ là: ΣHc = Hc1 + Hc2 + Hc3 + Hc4 + Hc5 + Hc6
Vậy tổng tổn thất năng lượng trong hệ thống mạng của quạt là: ΣH = ΣHh + ΣHm + ΣHc
2.3 Áp suất toàn phần của quạt Áp suất toàn phần của quat có thể tính gần đúng dựa vào tổng tổn thất năng lượng trên mạng ống
2.4 Tính công suất động cơ điện
Công suất yêu cầu của động cơ điện: q tr g P
Q: là năng suất của quạt, Q = 4,297 m 3 /s
Áp suất toàn phần của quạt được tính là Pt = 6034,622 N/m², tương đương với 615,35 mm H2O Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ 27°C là ρ = 1,177 kg/m³ Gia tốc trọng trường được xác định là g = 9,81 m/s² Hiệu suất chung của quạt là η = 0,7, trong khi ηTr đại diện cho hiệu suất truyền động.
Nối trục của động cơ và trục của quạt bằng khớp trục, khi đó
Thay các số liệu trên vào ta tính được:
2.5 Công suất thiết lập đối với động cơ điện
Nđc: công suất của động cơ, kW
K3: hệ số dự trữ của quạt đảm bảo công suất động cơ điện ổn định khi mở máy→Chọn K3: = 1,5 (I - 464) Vậy công suất thiết lập của động cơ điện là:
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Đáy và nắp của thiết bị caloriphe
Nắp và đáy là hai chi tiết quan trọng trong thiết bị, được chế tạo từ cùng loại vật liệu với thân thiết bị Hình dáng của nắp và đáy phụ thuộc vào nhiệm vụ, áp suất làm việc và phương pháp chế tạo Đối với thiết bị hoạt động ở áp suất thường, nắp và đáy phẳng tròn là lựa chọn tối ưu vì tính đơn giản và chi phí thấp Bề dài của đáy có thể được điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Thân hình trụ của caloriphe
Thân dược là bộ phận chính của thiết bị trao đổi nhiệt, được chế tạo bằng cách uốn tấm vật liệu theo kích thước đã định và hàn ghép lại, với vị trí nằm ngang.
Vật liệu cấu tạo thân hình trụ là thép CT3 Đối với thiết bị truyền nhiệt nằm ngang, tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính Dt được xác định dựa trên yêu cầu công nghệ trong sản xuất hóa chất Thông thường, tỷ số này được quy định cụ thể.
Thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động ở áp suất thường, do đó, độ dày của thân thiết bị không cần quá lớn Chiều dày được thiết kế sao cho thân thiết bị có thể lắp đặt vào hệ thống mà không bị biến dạng.
Chọn chiều dày của thân thiết bị δ = 0,005m = 5 mm
Chiều dài của thân hình trụ: 3,7 m
Chiều rộng của thân thết bị: 1,6 m
Quạt
Dựa vào áp suất toàn phần và năng suất của quạt để chọn quạt cho phù hợ
+ Năng suất của mỗi quạt : Q = 7735,231 m 3 /h
+ Áp suất toàn phầ cảu quạt: Pt = 6034,622 N/m 2
Dựa vào đồ thị đặt tuyến của quạt ly tâm ta xác định được:
+ Vận tốc vòng của bánh xe guồng khỏang 82 m/s
Theo (I - 492) ta xác định kích thước và trọng lượng của quạt như sau:
Các mặt bích của quạt dùng để nối với các đường ống có số liệu như sau: ( I - 493)
Kích thước, mm Bích đai Bích cửa ra Bích của vào d O B1 B2 d1 số lỗ D D1 D2 d2 số lỗ
Các mặt bích khác dùng để nối đường ống dẫn không khí với các thiết bị như caloriphe và quạt đều có đường kính 0.7 m
Các số liệu chọn theo tiêu chuẩn như sau: ( II - 417)
Kích thước, mm khối lượn g kg
Kích thước nối kiểu bích
TT Đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Công thức
Không khí trước khi vào Caloriphere
Không khí sau gia nhiệt
Chế độ không khí ngoài trời
3 Năng suất nhập liệu F 773,9 Kg/mẻ
4 Lượng ẩm bốc hơi trong
Lượng không khí cần thiết theo lý thuyết trong
8 Tốc độ tác nhân sấy trong phòng Vtns 1,132 m/s
9 Nhiệt lượng do vật liệu mang vào qnv 41,91 kJ/kg
10 Nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu q1 65,69 kJ/kg
11 Nhiệt tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển q 2 32,899 kJ/kg
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh
+ Tổn thất do động học qm qt qtr qc qn qđh
174,61 161,35 7,9 64,98 1,881x10 -5 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg
13 Nhiệt tổn thất chung Σq 508,723 kJ/kg
14 Nhiệt bổ sung chung Δ -466,813 kJ/kg
15 Lưu lượng không khí thực tế ls 307,69 kg/h
16 Lượng hơi đốt cần thiết D 401,47 m 3 /h
- Do cột năng hình học