Sấy cà rốt là một qui trình công nghệ phức tạp và có thể sử dụng nhiều loại thiết bị sấy khác nhau như phòng sấy, hầm sấy,sấy thăng hoa… Sau đây em sẽ xây dựng một qui trình sấy cà rốt bằng phòng sấy với nhiên liệu sử dụng là hơi nước áp suất cao để sấy cà rốt từ độ ẩm 88% còn 35%, công suất là 800kgmẻ.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHỤ LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÀ RỐT CHƯƠNG II LÝ THUYẾT VỀ SẤY I MỘT SỐ KHÁI NIỆM II CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẤY III THUYẾT MINH QUI TRÌNH SẤY CHƯƠNG III TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ CHÍNH II LƯỢNG TÁC NHÂN SẤY TRUNG BÌNH TRONG MỘT GIỜ 17 III CÂN BẰNG VẬT CHẤT 18 IV TÍNH TỐN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY 19 V BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH SẤY TRÊN ĐỒ THỊ I - X 38 CHƯƠNG IV TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 40 I TÍNH CALORIPHE 40 II TÍNH VÀ CHỌN QUẠT 45 CHƯƠNG V TÍNH TỐN CƠ KHÍ 57 I ĐÁY VÀ NẮP CỦA THIẾT BỊ CALORIPHE 57 II THÂN HÌNH TRỤ CỦA CALORIPHE 57 III QUẠT 57 IV MẶT BÍCH 59 BẢNG TỔNG KẾT 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Trang ĐỒ ÁN MƠN HỌC Hiện ngành chế biến nơng sản nước ta ngày phát triển, sản lượng thu hoạch ngày nhiều sản phẩm từ nguyên liệu dễ bị hư hỏng, điển cà rốt loại nông sản chứa hàm lượng nước cao tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển Do để nâng cao hiệu sản xuất, bảo quản sản phẩm cà rốt thời gian dài mà không bị hư hỏng vi sinh vật cơng, vận chuyển dễ dàng gọn nhẹ việc tách nước khỏi sản phẩm vấn đề cần thiết Người ta thường tách nước khỏi sản phẩm phương pháp sấy Sấy cà rốt qui trình cơng nghệ phức tạp sử dụng nhiều loại thiết bị sấy khác phòng sấy, hầm sấy,sấy thăng hoa… Sau em xây dựng qui trình sấy cà rốt phịng sấy với nhiên liệu sử dụng nước áp suất cao để sấy cà rốt từ độ ẩm 88% 35%, công suất 800kg/mẻ Nội dung đồ án gồm chương: - Chương I Giới thiệu nguyên kiệu - Chương II Lý thuyết sấy - Chương III Tính tốn thiết bị - Chương IV Tính thiết bị phụ - Chương V Tính tốn khí Trong q trình tính tốn thiết kế hệ thống sấy khơng thể tránh sai sót mong góp ý sửa chữa quý thầy Trang ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÀ RỐT Củ cà rốt phần rễ cà rốt, trồng khắp nơi giới ln sẵn có quanh năm Cà rốt chế biến nhiều cách, ăn sống (xay sinh tố, trộn với salad - giấm), nấu chín (nấu xúp với khoai tây, làm mứt, nấu thành si-rơ); thực phẩm thường dùng chay để thay cho loại thực phẩm khó tiêu (thịt, chất béo.) Khi rang khô nghiền thành bột, dùng để thay cà phê Người ta cịn dùng si-rơ cà rốt làm chất tạo Dầu cà rốt dùng để tạo mùi thơm chế tạo nước hoa Cà rốt nguồn dinh dưỡng giàu vitamin A Do thành phần có hàm lượng beta-carotene cao Lượng carotene ăn vào thể chuyển hóa dễ dàng thành vitamin A ruột gan Ngoài ra, cà rốt loại thực phẩm giàu dinh dưỡng có nhiều chất bổ khác vitamin A, B, C, D, E, acid folic, kali sợi Pectin (giúp hạ cholesterol máu) Những nguyên tố calci, đồng, sắt, magnê, măng-gan, phospho, lưu huỳnh có cà rốt dạng dễ hấp thu vào thể dạng thuốc bổ Trong cà rốt cịn có nhiều chất chống oxy hóa quan trọng như: beta carotene, alpha carotene, Phenolic acid, Glutathione chứng minh có khả làm giảm nguy mắc phải nhiều bệnh tim mạch,ung thư… Thành phần hóa học cà rốt H2O : 87,79% Protein: 1,03% Lipit: 0,19% Carbihydrat: 10,14% Xơ: 1,04% Tro: 0,87% Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG II LÝ THUYẾT VỀ SẤY I MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1 Q TRÌNH SẤY Sấy q trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy phương pháp nhiệt Vật liệu cần tách ẩm để có độ khơ theo u cầu gọi vật liệu sấy Lưu thể cấp nhiệt cho vật liệu sấy mang ẩm từ vật liệu môi trường xung quanh gọi tác nhân sấy Phương tiện để thực q trình làm khơ vật liệu gọi thiết bị sấy Bản chất trình sấy trình khuếch tán, bao gồm trình khuếch tán ẩm từ lớp bên lớp bề mặt ngồi q trình khuếch tán ẩm từ bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Sấy q trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian Quá trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, khía cạnh có ý nghĩa lớn mặt kinh tế giảm khối lượng vận chuyển giảm thể tích kho chứa Ngồi , sấy cịn làm tăng độ bền bảo quản sản phẩm tốt làm giảm độ họat động nước, ngăn cản phát triển vi sinh vật vô hoạt số enzime sấy tạo đa dạng sản phẩm 1.2 VẬT ẨM Những vật liệu đem sấy vật liệu ẩm có chứa khối lượng chất lỏng đáng kể thường nước Trong trình sấy, ẩm vật liệu bay độ ẩm vật liệu giảm Trạng thái vật liệu ẩm xác định độ ẩm nhiệt độ Độ ẩm vật liệu biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối độ ẩm toàn phần, 1.2.1 Độ ẩm vật liệu Độ ẩm tuyệt đối Là tỉ số khối lượng ẩm chứa vật liệu với khối lượng khô tuyệt đối vật liệu Ký hiệu w0 w0 = Ga/Gk.100% Trong đó: Ga: khối lượng ẩm chứa vật liệu, kg Gk: khối lượng vật khô tuyệt đối, kg Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối tỉ số khối lượng ẩm chứa vật liệu với khối lượng vật ẩm.Ký hiệu w w = Ga/G.100% Trong đó: Ga: khối lượng ẩm chứa vật liệu, kg G: khối lượng vật ẩm, kg Độ ẩm cân Là độ ẩm vật liệu trạng thái cân với môi trường xung quanh Ở trạng thái ẩm vật đồng áp suất nước bề mặt vật ẩm cân với áp suất nước khơng khí ẩm Lúc khơng có trao đổi ẩm vật ẩm môi trường Trong kỹ thuật sấy độ ẩm cân có ý nghĩa quan trọng, xác định giới hạn Trang ĐỒ ÁN MƠN HỌC cho q trình sấy, xác định độ ẩm bảo quản vật liệu điều kiện môi trường khác 1.2.2 Phân loại vật liệu ẩm Vật liệu ẩm có khả hấp thu nước vật ẩm phải vật có cấu trúc xốp, mao dẫn Tuỳ theo cấu trúc vật ẩm người ta chia làm loại sau: vật keo, vật xốp mao dẫn, vật keo xốp mao dẫn 1.2.3 Các dạng liên kêt ẩm vật liệu Trong vật liệu có dạng liên kết ẩm sau: Liên kết hoá học Liên kết hố học ẩm vật khơ bền vững Loại ẩm tách có phản ứng hố học thường phải đun nóng đến nhiệt độ cao, sau tách ẩm tính chất hoá lý vật liệu bị thay đổi Liên kết hoá lý Ẩm liên kết hoá lý với vật liệu theo tỉ lệ khác nhau, không cố định Liên kết tách nhiệt tương đối khó thực Liên kết lý Loại ẩm liên kết yếu với vật liệu, tách dễ dàng mà không làm thay đổi cấu trúccủa vật liệu Trong trình sẩy chủ yếu ta tách ẩm liên kết hoá lý liên kết lý vật liệu 1.3 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA Q TRÌNH LÀM KHƠ VẬT LIỆU TRONG THIẾT BỊ SẤY Đặc trưng q trình làm khơ vật liệu thiết bị sấy tốc độ sấy, thời gian sấy chế độ sấy 1.3.1 Tốc độ sấy Là lượng kg ẩm bay mét vuông bề mặt VLS đơn vị thời gian (kg/m2.h) Tốc độ sấy phụ thuộc vào yếu tố: Vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm, hình dạng, kích thước, bề mặt, trạng thái (tĩnh, động, phân tán), độ ẩm đầu hàm ẩm tới hạn VLS Tác nhân sấy: độ ẩm, nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối, vận tốc, loại tác nhân sấy (khơng khí nóng hay khói lị ), đặc trưng điều kiện tiếp xúc (trực tiếp hay gián tiếp) tác nhân sấy vật liệu sấy Cấu tạo máy sấy, phương thức chế độ sấy… 1.3.2 Thời gian sấy: Khoảng thời gian mà thiết bị dùng để làm khô VLS đến độ ẩm theo yêu cầu gọi thời gian sấy Việc tính tốn thời gian sấy loại vật liệu phức tạp Vì dựa vào thực tế mà thiết bị sấy công nghiệp hoạt động điều kiện đồng dạng (về VLS, TNS, thiết bị sấy kỹ thuật ) Ta dựa vào kết thí nghiệm phịng thí nghiệm tính tốn theo cơng thức thực nghiệm 1.3.3 Chế độ sấy: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chế độ sấy điều kiện kỹ thuật TNS ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, lượng tiêu hao kích thước thiết bị Các thơng số chế độ sấy bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ tác nhân sấy Nhiệt độ sấy: Khi chọn nhiệt độ sấy cần dựa vào nhiệt độ cho phép vật liệu sấy Mỗi loại vật liệu có nhiệt độ cho phép riêng Nhiệt độ sấy nhiệt độ tác nhân sấy bắt đầu vào thiết bị sấy giảm dần từ đầu trình đến cuối trình Nhiệt độ sấy thể mức độ đốt nóng vật liệu, có ảnh hưởng đến tính chất dẫn ẩm vật liệu tính chất lý, hóa lý vật liệu sấy Nhiệt độ sấy cao trình sấy nhanh Nhưng nhiệt độ sấy cao làm thay đổi tính chất vật liệu, hư hỏng sản phẩm Trong nhiều trường hợp tốc độ sấy lớn dẫn đến việc tạo thành lớp vỏ cứng bề mặt vật liệu, hạn chế khả bốc ẩm giai đoạn sau, làm nứt nẻ, biến đổi hình dạng vật liệu sấy Độ ẩm tác nhân sấy: Độ ẩm tương đối, hàm ẩm nhiệt độ bầu ướt có liên quan với nhau; thể khả thải ẩm vật liệu vào mơi trường Nếu tác nhân sấy khơng khí nóng độ ẩm độ ẩm khơng khí, tác nhân sấy khói lị độ ẩm bổ sung thêm lượng ẩm nhiên liệu cháy Khi cần làm mềm chế độ sấy, phun thêm nước để tạo độ ẩm thích hợp Ngược lại làm khơ bớt TNS cách làm lạnh hay dùng vật hút ẩm Tốc độ tác nhân sấy: Có tốc độ thích hợp nhiệt độ phân bố thiết bị, đảm bảo thoát ẩm đồng thể tích VLA ẩm đưa hết khỏi thiết bị sấy Nếu tốc độ tác nhân sấy nhỏ thời gian sấy dài, tốc độ sấy nhỏ, TNS dễ bị phân tầng vật liệu sấy khô không Nếu tốc độ tác nhân sấy lớn làm mát VLS, tốn nhiều lượng…Vì vậy, chọn tốc độ TNS cần ý đến kích thước, hình dạng, tính chất VLS, khả sử dụng nhiệt lượng cho trình sấy đặc trưng thiết bị sấy II CÁC QUI TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SẤY 2.1 SẤY TỰ NHIÊN Phơi nắng biện pháp sấy tự nhiên đơn giản áp dụng lâu đời dân gian Tuy nhiên phơi nắng bị hạn chế diện tích sân phơi cần phải lớn, phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi mùa mưa Vì lãnh vực sản xuất kinh tế xã hội người ta phải áp dụng biện pháp sấy nhân tạo 2.2 SẤY NHÂN TẠO Khắc phục khuyết điểm sấy tự nhiên: tiết kiệm diện tích mặt bằng, rút ngắn thời gian sấy, sấy với số lượng nguyên liệu lớn, chủ động thời tiết Người ta sử dụng thiết bị sấy nhân tạo dùng khơng khí nóng, khói lị, … làm tác nhân sấy 2.3 MỘT SỐ CÁCH PHÂN LOẠI THIẾT BỊ SẤY Vật liệu đem sấy nhiều trạng thái khác nhiều dạng khác Do cần tổ chức trình sấy cho phù hợp Người ta thường có cách tổ chức q trình sấy sau: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC - Sấy lớp vật liệu trạng thái tĩnh - Sấy lớp vật liệu tĩnh có chuyển động tương đối - Sấy vật liệu trạng thái xáo trộn - Sấy vật liệu trạng thái lơ lửng - Sấy vật liệu trạng thái phân tán Theo phương thức tổ chức này, người ta chế tạo dạng thiết bị sấy khác phân loại sau: - Phân loại theo chế độ làm việc Thiết bị sấy gián đoạn, thiết bị sấy bán liên tục, thiết bị sấy liên tục -Phân loại theo áp suất làm việc buồng sấy: thiết bị sấy áp suất cao, thiết bị sấy áp suất khí (áp suất thường), thiết bị sấy áp suất thấp (sấy chân không), thiết bị sấy áp suất thấp (áp suất đạt trạng thái điểm nước) gọi sấy thăng hoa -Phân loại theo kết cấu thiết bị: phòng sấy, tủ sấy, hầm sấy; tháp sấy, sấy thùng quay; sấy băng tải, sấy đĩa; sấy tầng sơi; sấy khí động; sấy phun Về phương diện kết cấu thiết bị sấy đa dạng phong phú chủng loại Các thiết bị sấy đại có kết cấu gọn nhẹ, hình thức đẹp, trình độ giới hóa tự động hóa cao Tuy nhiên nguyên tắc tổ chức trình sấy theo cách nêu 2.4 SƠ LƯỢC CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG SẤY ĐỐI LƯU Trong hệ thống sấy đối lưu có thiết bị sau đây: 2.4.1 Caloriphe Nhiệm vụ caloriphe đốt nóng khơng khí đến nhiệt độ theo yêu cầu để cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăng khả thu nhận ẩm Tuỳ vào nguồn cung cấp nhiệt lượng mà có: caloriphe điện, caloriphe nước, caloriphe khí - khói 2.4.2 Buồng đốt Dùng để đốt nóng tạo nguồn nhiên liệu ( khói lị, nươc ) 2.4.3 Thiết bị sấy Thiết bị sấy buồng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy thùng quay Căn vào hình dáng vật liệu, suất sấy kinh phí đầu tư cho phép trình độ tổ chức sản suất nơi mà chọn thiết bị sấy cho phù hợp 2.4.4 Cyclon Dùng để thu hồi sản phẩm sấy bay theo tác nhân sấy Trong hệ thống sấy dối lưu bình thường buồng sấy, hầm sấy khơng có cyclon 2.5 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PHỊNG SẤY Trong phịng sấy bao gồm phận sau: phòng sấy, xe goong, caloriphe, van, quạt Phòng sấy thường làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, áp suất khí Thiết bị thường gồm từ vài phòng sấy Vật liệu sấy đặt xe goong, xe goong đưa vào lấy cửa phòng tay tời kéo động Phịng sấy có ưu điểm thiết bị đơn giản sử dụng phổ biến Ngồi thiết bị phịng sấy cịn có khuyết điểm vật liệu sấy không xáo trộn trình sấy nên thời gian sấy dài, nạp vật liệu vào tháo vật liệu ra, tổn thất nhiệt lớn phải mở cửa phịng; điều kiện làm việc nặng nhọc, không đảm bảo vệ Trang ĐỒ ÁN MƠN HỌC sinh, khó kiểm tra trình, tổn thất nhiệt lớn nhiệt lượng tác nhân sấy không sử dụng triệt để (đặc biệt giai đoạn cuối trình sấy) THUYẾT MINH QUI TRÌNH SẤY III Carot vào QUẠT Hơi nước vào θ1 = 300C W1= 88% Phương tiện vào G’2= θ’2 = 300C P =200KPa PHỊNG SẤY CALORIPHE Khơng khí vào t1 = 300C RH1 =80% x1 =21.8g/kgk3 i1 =85.05kJ/kg G1=800kg Khơng khí Khơng khí nóng Hơi nước t2 = 750C RH2=5.74% x2 =21.8g/kgk3 i2=129.95kJ/kg Qm Phương tiện t3 = 630C RH3=14.57% x3 =26.4g/kgk3 G2=147.7kg θ2 = 600C W2= 35% i3=129.95kJ/kg Carot SƠ ĐỒ BIỂU DIỄN Q TRÌNH SẤY Để sấy ca rót với suất 800kg/mẻ chu kỳ 10 ta chọn thiết bị sấy phịng sấy Tác nhân sấy khơng khí đối lưu khơng tuần hồn dước tác dụng quạt Ban đầu khơng khí ngồi trời có nhiệt độ t1 = 300C, RH1 = 80%, hàm ẩm x1 = 21.8 g ẩm/kgk3, i1 = 85.05 kJ/kg (tương ứng với trạng thái phịng sấy) Khơng khí đưa vào phịng sấy thực q trính sấy tiến hành lâu độ ẩm tương đối cao, khả lấy nước từ nguyên liệu kém, ta nâng nhiệt độ khơng khí lên đến trạng thái thứ hai có nhiệt độ t2 = 750C (trong điều kiên hàm ẩn không thay đổi x2 = x1 = 21.8 g ẩm/kgk3) nhằm làm giảm độ ẩm tương đối xuống RH2= 5.74% , i2 = 129.95 kJ/kg, độ ẩm tương đối giảm làm tăng khả hút ẩm trình sấy tiến hành nhanh Thiết bị dùng để nâng nhiệt độ khơng khí thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, nhiên liệu nước áp suất p = 2at Tại thiết bị ống chùm đốt bên ống cịn khơng khí bên ống truyền nhiệt Căn vào nhiệt độ đốt nhiệt độ vào, khơng khí ta tính diên tích truyền nhiệt số ống truyền nhiệt thiết bị ống chùm Lượng đốt tiêu tốn để đun nóng khơng khí tính thơng qua lượng nhiệt tiêu tốn cho hệ thống sấy ẩn nhiệt hố Khơng khí từ trạng thái thứ I sau qua thiết bị trao đổi nhiệt ta khơng khí nóng trạng thái thứ II với thơng số trên.Khơng khí trạng thái thứ II đưa vào phòng tiến hành q trình sấy Tại khơng khí nóng tiếp xúc trực tiếp Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC với ca rốt, bề mặt ca rốt khơng khí có chênh lệch ẩm nên nước ca rốt khuếch tán ngồi vào khơng khí Khơng khí sau lấy ẩm khỏi phịng sấy độ ẩm tương đối hàm ẩm tăng lên, nhiệt độ giảm, trạng thái không khí tương ứng với trạng thái thứ giãn đồ , thông số chọn sau: t = 630C, RH3 = 14,57 %, x3 = 26,4 g ẩm/kgk3 i3=i2=129,95 kJ/kg Cần ý nhiệt độ cuối không không thấp nhiệt độ điểm sương để tránh tượng nước ngưng tự lại bề mặt ca rốt Ba trạng thái khơng khí q trính sấy tóm tắc sau: Trạng thái Nhiệt độ 0C 30 75 63 RH % 80 5,74 14,57 x g/kg 21,8 21,8 26,4 Entanpi kJ/kg 85,05 129,95 129,95 Trong trình sấy ca rốt ẩm cá khuếch tán bên ngồi khơng khí.Ở chu kỳ sấy 10 giờ, thời gian sấy tương đối dài nên ta xem tốc độ sấy phụ thuộc vào hệ số khuếch tán ẩm từ bề mặt cá môi trương xung quanh xem trình khếch tán ẩm từ bên bề mặt ca rốt không thay đổi đủ để bốc Khi giai đoạn sấy thực sau: Giai đoạn nung nóng ca rốt từ nhiệt độ ban đầu lên đến nhiệt độ bay nước ca rốt (hay gọi nhiệt độ bầu ướt) Nhiệt lượng cung cấp giai đoạn để nâng nhiệt độ ca rốt không làm ẩm ca rốt bốc Xét mặt nhiệt lượng phần lương cung cấp giai đoạn lượng tiêu hao Giai đoạn sấy đẳng tốc : nhiệt lượng cung cấp cho ca rốt giai đoạn giúp ẩm ca rốt khuếch tán môi trường khơng khí Trong giai đoạn tốc độ sấy không phụ thuộc vào hệ số khuếch tán ẩm từ bên bề mặt ca rốt mà phụ thuộc vào hệ số khuếch tán từ bề mặt ca rốt ngồi khơng khí Giai đoạn sấy với tốc độ sấy giảm dần: giai đoạn lượng ẩm bề mặt ca rốt không đủ để bốc ngồi khơng khí Tốc độ sấy giai đoạn phụ thuộc nhiều vào hệ số khuếch tán ẩm từ bề mặt ca rốt Nhưng nói ta xem giai đọan không ảnh hưởng thời gian sấy tương đối dài Lưu lượng khơng khí quạt hút vào caloripphe tính thơng qua hàm ẩm khơng khí lúc trước sau kỏi caloriphe Dựa vào lưu lượng khơng khí ta tính tốn chọn quạt, cơng suất động cho phù hợp Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG III TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ CHÍNH Chọn thiết bị sấy phịng sấy, thiết bị dùng để chứa vật liệu sấy xe goong 1.1 ĐỐI VỚI XE GOONG 1.1.1 Kích thước xe goong * Chiều cao: Hgoong = 1,5 m (chưa kể chiều cao bánh xe) * Chiều dài : Lgoong = 1,2 m * Chiều rộng: Rgoong = m 1.1.2 Vật liệu làm xe gòong Chọn vật liệu làm xe goong thép không rỉ CT3 có khối lượng riêng ρ=7850kg/m3 1.1.3 Số lượng xe gịong Số lượng xe goong nhiều hay tùy thuộc vào suất chu kì sấy Do thiết bị sấy phòng vật liệu nằm bất động suốt trình sấy nên số lượng xe goong phải đủ chứa hết vật liệu cần phải tính tốn cho phù hợp, ngồi số lượng xe goong phụ thuộc vào: * Năng suất nhập liệu mẻ * Hình dạng đặc tính vật liệu sấy * Diện tích khay ( vĩ ) * Cách xếp vật liệu khay Với vật liệu lát ca rốt ta không xếp lát cà rốt chồng lên trính sấy nên dựa vào diện tích bề mặt lát cà rốt mà ta tính toán số lượng xe goong cho phù hợp 800Kg ca rốt tương đương với diện tích bề mặt vĩ 150 m2 ( Trung bình 30 lát/0.16Kg, lát ca rốt chiếm diện tích khoảng 10x10-4 m2 ) Từ ta chọn: * Số lượng xe goong: 10 * Số tầng khay xe goong: 14 khay * Kích thước khay: * Dài: Lkhay = 1,14 m * Rộng: Rkhay= 1m * Khoảng cách hai khay: h2k= 0,1 m 1.1.4 Xác định thể tích khối lượng khung xe goong Vật liệu làm xe goong chọn loại thép CT3 có khối lượng riêng: ρ1=7850kg/m3 ( II - 313) Khung xe gồm: 1.1.4.1 Bốn thép rỗng có tiết diện hình vng làm thành chiều cao xe goong Bề dày: δ = 0,002m Bề rộng: Rc = 0,03m Trang 10 ĐỒ ÁN MƠN HỌC Tính tổn thất cục tính trở lực sau đây: * Trở lực qua ống hình côn rộng dần * Trở lực đột thu vàn ống nhỏ ( ống truyền nhiệt ) caloriphe * Trở lực xe goong tạo * Trở lục lưới chắn bụi rác Tổn thất cục đột mở (từ ống dẫn vào caloripphe) W0 F0 W1 F1 Ta có: H c1 02k T 0k k T0 N/m2 (V - 225) Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí qua kênh ống dẫn ω0k = 14,31m/s ρ0k: khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ t = 300C → ρ0k = 1,165 kg/m3 (V - 28) Tk:nhệt độ khơng khí ống dẫn, K ttb = 30 0C → Tk = 273 + 30 = 303 0K T0 = 273 K: nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) xác định theo bảng N0-13 (V - 69) Với: d 0 Re Trong đó: d0: đường kính ống dẫn, m d0 = 0.7m ω0: tốc độ chuyển động khơng khí ống dẫn ,m/s ω = 14,31 m/s μ,ρ: độ nhớt khối lượng riêng khơng khí tra theo nhiệt độ t = 300C → ρ = 1,165 kg/m3 → μ = 1870 x 10-8 Ns/m2 Thay số liệu vào ta tính cuẩn số Re d 0,7 14,31 1,165 Re 624053,74 0,00001870 Mặt khác ta có: Trang 48 ĐỒ ÁN MƠN HỌC d 02 d F0 F1 d d Với: F0 , d0: tiết diện đường kính ống nhỏ (ống dẫn khơng khí) d0= 0,7 m F1 , d1: tiết diện đường kính ống lớn (caloriphe) d1 = 1.6 m F d 0,7 → 0,191 F1 d1 1,6 Với: Re>3,5x10-3 ζ xác định theo bảng N0 11 → ζ = 0,6553 Thay số liệu vào ta tính được: T 14,312 303 H c1 k k k 0,6553 1,165 T0 (V – 68) 273 = 86,76 N/m2 Tổn thất cục đột thu (từ caloriphe ống dẫn vào phịng) W1 F1 Cơng thức tính: 02k T H c2 k k N/m2 T0 W0 F0 (V - 225) Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí ống truyền nhiệt ω0k = 14,31m/s ρ0k: khối lượng riêng khơng khí caloriphe nhiệt độ trung bình ttb = 750C → ρ0k = 1,014kg/m3 (I-14) Tk:nhệt độ khơng khí ống truyền nhiệt, K ttb = 75 0C → Tk = 273 + 75 = 348 K T0 = 273 K: nhệt độ khômg khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục phụ thuộc vào Re tỉ số tiết diện F0/F1 Tính ζ (tính theo vận tốc dịng mặt cắt nhỏ) Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) xác định theo bảng N0-13 (( V - 69) Trong đó: d0: đường kính ống truyền nhiệt, m d0 = 0,7m Trang 49 ĐỒ ÁN MƠN HỌC ω0: tốc độ chuyển động khơng khí ống truyền nhiệt,m/s ω =14,31 m/s μ,ρ: độ nhớt khối lượng riêng khơng khí tra theo nhiệt độ trung bình → ρ = 1,014 kg/m3 → μ = 0,0000209875 Ns/m2 Thay số liệu vào ta tính cuẩn số Re d 0,7 14,31 1,014 Re 553104,09 0,0000209875 Mặt khác ta có: d 02 d F0 F1 d1 d1 Với: F0 , d0: tiết diện đường kính ống nhỏ (ống dẫn khơng khí) d0 = 0,7 m F1 , d1: tiết diện đường kính ống lớn (caloriphe) d1= 1,6m d F 0,7 → 0,191 F1 d1 1,6 ζ = f(Re, F’0/F’1) Nhận thấy Re >104 Nội suy từ bảng N0-13 Ta được: ζ = 0,4518 Thay số liệu vào ta tính được: 02k Tk 14,312 348 H c2 0k 0,4518 1,014 T0 (V - 69) 273 = 59,79 N/m Tổn thất cục đột thu qua ống truyền nhiệt Cơng thức tính: 02k T H c3 k k N/m2 T0 Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí ống truyền nhiệt ω0k = 7m/s ρ0k: khối lượng riêng khơng khí caloriphe nhiệt độ trung bình Tk:nhệt độ khơng khí ống truyền nhiệt, K Tk = 300C → Tk = 273 + 30 = 303 K →ρ0k = 1.165 kg/m3 (I-14) T0 = 273 K: nhệt độ khơmg khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục phụ thhuộc vào Re tỉ số tiết diện F0/F1 Trang 50 ĐỒ ÁN MƠN HỌC Tính ζ : Ta có: ζ = f(Re, F0/F1) xác định theo bảng N0-13 (V- 69) Với: d 0 Re Trong đó: d0: đường kính ống truyền nhiệt, m → d0 = 0,07m ω0: tốc độ chuyển động khơng khí ống truyền nhiệt,m/s → ω =7 m/s μ,ρ: độ nhớt khối lượng riêng khơng khí tra theo nhiệt độ trung bình (ttb=300C) → ρ = 1,165 kg/m3 (I-14) -8 → μ = 1870x10 Thay số liệu vào ta tính cuẩn số Re d 0,07 1,165 Re 30526,74 0,00001870 Mặt khác ta có: d 02 d F0 F1 d1 d1 Với: F0 , d0: tiết diện đường kính ống nhỏ (ống dẫn khơng khí) → d0 = 0,07 m F1 , d1: tiết diện đường kính ống lớn (caloriphe) → d1= 1,3984 m d F → F1 d1 0,07 0,00191 1,6 Tổng số ống truyền nhiệt 169 ống nên: F0' F 169 169 0,00191 0,3279 ' F1 F1 ζ = f(Re, F’0/F’1) Nhận thấy Re >104 Nội suy từ bảng N0-13 Ta được: ζ = 0,3688 Thay số liệu vào ta tính được: T 72 303 H c k k k 0,3688 1,165 T0 ( V - 69) 273 = 11,68 N/m2 Trang 51 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tổn thất cục đột mở từ ống truyền nhiệt: Công thức tính: H c4 02k T k k N/m2 T0 Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí ống truyền nhiệt → ω0k = m/s ρ0k: khối lượng riêng khơng khí caloriphe nhiệt độ đầu ttb = 75 0C → ρ0k = 1,014 kg/m3 Tk:nhiệt độ khơng khí ống truyền nhiệt, 0K ttb = 75 0C → Tk = 273 + 75 = 348 0K T0 = 273 K: nhiệt độ khơng khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục Tính ζ : Với: d 0 Re Trong đó: d0: đường kính ống truyền nhiệt, m → d0 = 0,07 m ω0: tốc độ chuyển động khơng khí ống truyền nhiệt,m/s → ω = 7m/s ttb = 75 0C → ρ0k = 1,014 kg/m3, μ = 2098,75x10-8 Thay số liệu vào ta tính cuẩn số Re d 0,07 1,014 Re 23674,43 0,0000209875 Mặt khác ta có: d 02 d F0 F1 d1 d1 Với: F0 , d0: tiết diện đường kính ống nhỏ (ống dẫn khơng khí) → d0 = 0,07 m F1 , d1: tiết diện đường kính ống lớn (caloriphe) → d1= 1,6 m d F 0,07 → 0,00191 F1 d1 1,6 Tổng số ống truyền nhiệt 169 ống nên: Trang 52 ĐỒ ÁN MÔN HỌC F0' F 169 169 0,00191 0,3279 ' F1 F1 Nhận thấy Re >3,5x103 Nội suy từ bảng N0-11 ζ = 0,4609 Thay số liệu vào ta tính được: H c4 ( V - 68) 02k Tk 72 348 0k 0,4609 1,014 T0 273 = 14,6 N/m2 Tổn thất cục xe goong tạo Cơng thức tính cung tương tự: 02k T H c3 k k N/m2 T0 ( V - 225) Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí phòng sấy → ω0k = 1.27m/s ρ0k: khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ trung bình phòng sấy (t=690C) → ρ0k = 1.032 kg/m3 Tk:nhệt độ trung bình khơng khí phịng sấy, 0K ttb = 69 0C → Tk = 273 + 69 = 342 0K T0 = 273 K: nhệt độ khơmg khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục tra theo ống đột thu Tính ζ : Ta có: d x2 d Fx 42 x F p d p d p Với: Fx , dx: tiết diện đường kính tương đương xe goong Fp , dp: tiết diện đường kính tương đương phịng sấy Vì phịng bố trí dãy xe song song nên: dx (2 B x ).H x 1,5 1,714m 2Bx H x 1,5 Trong đó: Bx =1 chiều rộng xe goong Hx = 1.5 chiều cao xe goong đó: Trang 53 ĐỒ ÁN MƠN HỌC d F → x x Fp d p 2 1,714 0,58 2,25 Nội suy từ bảng N0-13 → Ta được: ζ = 0,26 Thay số liệu vào ta tính được: 02k Tk 1,27 342 H c5 0k 0,26 1,032 T0 ( V - 69) 273 = 0,27 N/m Tổn thất cục lưới chắn bụi rác Chọn lưới chắn bụi rác làm kim loại có diện tích lỗ lưới chiếm 90% diện tích tiết diện lưới Lưới đặt ống dẫn khơng khí phía trước caloriphe Cơng thức tính trở lực: T H c k k k N/m2 ( V - 225) T0 Trong đó: ω0k : tốc độ trung bình khơng khí qua kênh ống dẫn → ω0k = 14,31m/s ρ0k: khối lượng riêng không khí nhiệt độ t = 300C → ρ0k = 1,165 kg/m3 Tk:nhệt độ khơng khí ống dẫn, 0K ttb = 30 0C → Tk = 273 + 30 = 303 0K T0 = 273 K: nhệt độ khơmg khí ứng với nhiệt độ t = 00C ζ : hệ số trở lực cục ζ = ζ x α Tính ζ0: Diện tích lỗ lưới chiếm 90% diện tích tiết diện lưới chắn → diện tích bề mặt lỗ lưới(F1) 90% diện tích ống dẫn khơng khí Hay: F1 = 0.9F2 → F1/F2 = 0.9 → ζ 0= 0.14 ( V - 64) Tính α: Ta có α = f(Re) Re chuẩn số Reynold: ( V - 172) Re tb Với: δtb: đường kính trung bình lỗ lưới → Chọn δtb = 0,005 m ω : tốc độ chuyển động không khí ống dẫn ,m/s → Chọn ω =11,93 m/s μ,ρ: độ nhớt khối lượng riêng không khí tra theo nhiệt độ t =300C → ρ = 1,165 kg/m3 Trang 54 ĐỒ ÁN MÔN HỌC → μk = 0,00001870 Ns/m2 Thay số liệu vào ta tính cuẩn số Re 0,005 14,31 1,165 Re tb 4682,91 0,00001870 Ta có: Re = 3726.126 >400 theo bảng N0 - → α=1 Vậy: ζ = ζ0 x α = 0,14 x = 0,14 Thay số liệu vào ta tính được: T 14,312 303 H c k k k 0,14 1,165 T0 ( V - 65 ) 273 = 18,535 N/m Vậy tổng tổn thất cục là: ΣHc = Hc1 + Hc2 + Hc3 + Hc4 + Hc5 + Hc6 = 86,76+59,79+11,68+14,6+0,27+18.535 = 191,64 N/m2 Vậy tổng tổn thất lượng hệ thống mạng quạt là: ΣH = ΣHh + ΣHm + ΣHc = + 5359,085 + 191,64 = 5550,73 N/m2 2.3 Áp suất toàn phần quạt Áp suất toàn phần quat tính gần dựa vào tổng tổn thất lượng mạng ống Pt = 1,1 x ΣH (V - 227) = 1,1 x 5550,73 = 6105,8 N/m 2.4 Tính cơng suất động điện Cơng suất yêu cầu động điện: Q P1 g , kW N 1000 tr q Trong đó: Q: suất quạt, Q = 5,506 m3/s Pt: áp suất toàn phần quạt, Pt = 6105,8 N/m2 = 622,41 mm H2O ρ: khối lượng riêng khơg khí nhiệt độ 300C, ρ = 1,165 kg/m3 (V- 28) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s η = 0,7 hiệu suất chung quạt ηTr: hiệu suất truyền động Nối trục động trục quạt khớp trục, ta chọn ηtr = 0.98 Thay số liệu vào ta tính được: Q Pt g 5,506 622,41 1,165 9,81 N 1000 tr q 1000 0,98 0,7 = 57,09 kW Trang 55 ĐỒ ÁN MƠN HỌC 2.5 Cơng suất thiết lập động điện Ta có: Nđc = k3 N , kW (I - 464) Trong đó: Nđc: cơng suất động cơ, kW K3: hệ số dự trữ quạt đảm bảo công suất động điện ổn định mở máy →Chọn K3: = 1,5 (I - 464) Vậy công suất thiết lập động điện là: Nđc = 1,5 x 57,09 ≈ 85,64 kW Trang 56 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG V TÍNH TỐN CƠ KHÍ I ĐÁY VÀ NẮP CỦA THIẾT BỊ CALORIPHE Nắp đáy hai chi tiết quan trọng với thân tạo thành thiết bị, chúng chế tạo loại vật liệu với vật liệu làm thân thiết bị Hình dáng đáy nắp thiết bị phụ thuộc vào nhiệm vụ nó, vào áp suất làm việc phươnng pháp chế tạo Đối với thiết bị làm việc áp suất thường nên ta dùng đáy nắp phẳng trịn chế tạo đơn giản rẻ tiền, bề dài đáy phép chọn cho phù hợp Các thông số nắp: + Đường kính trong: Dt = 1,6 m + Bề dài : δ = 0,005m = mm II THÂN HÌNH TRỤ CỦA CALORIPHE Là phận chủ yếu để tạo thành thiết bị trao dổi nhiệt Thân dược đặt nằm ngang chế tạo cách uốn vật liệu với kích thước định sau hàn ghép lại Vật liệu làm thân hình trụ làm thép CT3 Đối với thiết bị truyền nhiệt đặt nằm ngang quan hệ chiều dài L đường kính Dt xác định theo yêu cầu cơng nghệ sản xuất hố chất, thơng thường tỷ số L/Dt ≤ 10 Vì thiết bị trao đổi nhiệt làm việc áp suất thường nên chiều dày thân không cần dày Độ lớp chiều dày thiết bị cho thân thiết bị đặt vào hệ thống không bị biến dạng Chọn chiều dày thân thiết bị δ = 0,005m = mm Chiều dài thân hình trụ: 3,7 m Chiều rộng thân thết bị: 1,6 m III QUẠT Dựa vào áp suất toàn phần suất quạt để chọn quạt cho phù hợ + Số lượng: quạt + Năng suất quạt : Q = 9910,49 m3/h + Áp suất toàn phầ cảu quạt: Pt = 6105,8 N/m2 Ta chọn loại quạt H8 - 18 N09 (I - 492) Dựa vào đồ thị đặt tuyến quạt ly tâm ta xác định được: + Vận tốc góc ω ≈ 174 rad/s + Vận tốc vòng bánh xe guồng khỏang 82 m/s + Hiệu suất η = 0.555 Theo (I - 492) ta xác định kích thước trọng lượng quạt sau: ( I -493) Trang 57 ĐỒ ÁN MƠN HỌC số quạt N0 Kích thước, mm A B G 493 625 537 E 591 N P K L L1 L2 L3 L4 H 186 523 706 580 350 550 650 100 420 khối lượng kg Các mặt bích quạt dùng để nối với đường ống có số liệu sau: ( I - 493) số quạt N0 Kích thước, mm Bích đai Bích cửa d O B1 B2 d1 số lỗ Bích vào D D1 D2 d2 số lỗ Trang 58 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 225 175 278 225 13 16 300 350 380 13 IV MẶT BÍCH Các mặt bích khác dùng để nối đường ống dẫn khơng khí với thiết bị caloriphe quạt có đường kính 0.7 m Các số liệu chọn theo tiêu chuẩn sau: ( II - 417) Kích thước nối Dt D Db DI D0 mm 700 830 db 780 750 711 kiểu bích Bu-lơng M20 Z 24 h hI 27 20 Trang 59 ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢNG TỔNG KẾT TT Đại lượng Ký hiệu Giá trị Chế độ sấy + Nhiệt độ tác nhân vào + Hàm ẩm tác nhân vào + Độ ẩm tương dối + Enthalpy t2 x2 RH2 i2 75 21,8 5,74 129,95 + Nhiệt độ tác nhân + Hàm ẩm tác nhân + Độ ẩm tương dối + Enthalpy t3 x3 RH3 i3 63 26,4 14,57 129,95 + Nhiệt độ vật vào + Nhiệt độ vật + Độ ẩm vật vào + Độ ẩm vật Chế độ khơng khí ngồi trời + Nhiệt độ + Độ ẩm + Lượng chứa ẩm + Enthalpy Năng suất nhập liệu Lượng ẩm bốc Xe goong + Chiều dài + Chiều rộng + Chiều cao Phòng sấy + Chiều dài + Chiều rộng + Chiều cao θ1 θ2 w1 w2 Lượng khơng khí cần thiết theo lý thuyết Tốc độ tác nhân sấy phòng Nhiệt lượng vật liệu mang Đơn vị C kgẩm/kgk3 % kJ/kg C kgẩm/kgk3 % kJ/kg 30 60 88 35 0 x1 RH1 i1 F W 30 21,8 80 85,05 800 65,23 C % kgẩm/kgk3 kJ/kg Kg/mẻ Kg/h Lxe Rxe Hxe 1,2 1,5 m m m Lphong Rphong Hphong 1,8 m m m Lkk 21816,05 kg/h Vtns 1,27 m/s qnv 125.34 kJ/kg t1 Công thức C C % % Trang 60 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 11 12 13 14 15 vào Nhiệt tổn thất để đun nóng vật liệu Nhiệt tổn thất để đun nóng phận vận chuyển Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh + Tổn thất qua tường + Tổn thất qua trần + Tổn thất qua cửa + Tổn thất qua + Tổn thất động học Nhiệt tổn thất chung Nhiệt bổ xung chung Lưu lượng khơng khí thực tế lượng đốt cần thiết Caloriphe + Thân - Chiều dài - Đường kính - Bề dày + Nắp - Chiều dài - Đường kính - Bề dày Quạt + Năng suất + Tổn thất lượng - Do cột hình học - Do ma sát - Tổn thất cục + Áp suất toàn phần q1 25,61 kJ/kg q2 41,93 kJ/kg qm 278,38 kJ/kg qt qtr qc qn qđh Σq Δ ls D 82,88 132,02 6,45 57,03 0,0173x10-3 345,92 -220,58 341,88 404,56 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg/h m3/h L R δ 1.6 0.005 m m m L R δ 1.6 0.005 m m m Q 9910,49 m3/h ΣHh ΣHm ΣHc Pt 5359,085 191,64 6105,8 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 Trang 61 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO I Pts Trần Xoa, Pgs, Pts Nguyễn Trọng Khuôn, Pts Phạm Xuân Toản - Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hố Chất Tập I - NXB KH Kỹ Thuật Hà Nội - Năm 1999 Ký hiệu: I - Trang II Pts Trần Xoa, Pgs, Pts Nguyễn Trọng Khuôn, Pts Phạm Xuân Toản - Sổ Tay Q Trình Thiết Bị Cơng Nghệ Hố Chất Tập II - NXB KH Kỹ Thuật Hà Nội - Năm 1999 Kí hiệu: II - Trang III IV Pts KHKT Trần Văn Phú, Ts KHKT Lê Nguyên Đương - Kỹ Thuật Sấy Nông Sản NXB KH Kỹ Thuật Hà Nội - Năm 1994 Ký hiệu: III - Trang IV Pgs-Tskh Trần Văn Phú- Tính tốn thiết kế hệ thống sấy – NXB Giáo Dục V.Ts Phan Văn Thơm - Sổ Tay Thiết Kế Thiết Bị Hoá Chất Chế Biến Thực Phẩm Đa Dụng - NXB Bộ Giáo Dục Đào Tạo Trường Đại Học Cần Thơ - Năm 2004 Ký Hiệu: V - Trang Trang 62