Nguyên liệu
Tình hình sản xuất chuối
Chuối chiếm khoảng 15% tổng sản lượng trái cây toàn cầu, với 98% sản lượng được trồng ở các nước đang phát triển và xuất khẩu sang các nước phát triển Năm 2004, có 130 quốc gia tham gia xuất khẩu chuối, nhưng sản xuất chủ yếu tập trung ở một số quốc gia nhất định Mười nước sản xuất chính chiếm 37% sản lượng chuối toàn cầu, trong đó Ấn Độ, Brazil và Trung Quốc đóng góp một nửa sản lượng thế giới Xu hướng này cho thấy sự tập trung hóa trong phân phối chuối ngày càng gia tăng.
Bảng 1.1 Sản lượng chuối của Brazil, India, China và Thế Giới năm 2004 (Đơn vị: tấn) 3
Brazil India China Thế Giới
Chuối là loại trái cây quan trọng tại Việt Nam, chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái với sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn mỗi năm Mặc dù diện tích trồng chuối không tập trung, nhưng nhờ vào đặc điểm cây ngắn ngày, dễ trồng và ít tốn diện tích, chuối được trồng rộng rãi trong các vườn cây ăn trái và hộ gia đình Một số tỉnh miền Trung và miền Nam như Thanh Hóa, Nghệ An, Khánh Hòa, Đồng Nai, Sóc Trăng, và Cà Mau có diện tích trồng chuối từ 3.000 ha đến gần 8.000 ha Trong khi đó, các tỉnh miền Bắc như Hải Phòng, Nam Định, và Phú Thọ có diện tích trồng chuối lớn nhất nhưng vẫn chưa đạt 3.000 ha.
Bảng 1.2 Diện tích trồng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: ha)[3]
2001 2002 2003 2004 2005 Đồng bằng sông Hồng Đông Bắc Bộ Tây Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Duyên hải Nam Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ Đồng Bằng sông Cửu Long
Bảng 1.3 Sản lượng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: tấn)[3]
2001 2002 2003 2004 2005 Đồng bằng sông Hồng Đông Bắc Bộ Tây Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Duyên hải Nam Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ Đồng Bằng sông Cửu Long
Năm 2017, tại Đông Nam Bộ, đặc biệt ở các địa phương như Tây Ninh và Đồng Nai, người trồng chuối gặp khó khăn lớn khi giá chuối tại vườn giảm mạnh, chỉ còn từ 500 đến 3000 đồng/kg Nguyên nhân chính là do sản lượng chuối lớn nhưng sức mua thấp, thương lái chỉ mua chuối đẹp với giá rẻ, trong khi hợp đồng với doanh nghiệp bị trì trệ Nhiều gia đình không thu hoạch kịp thời khiến chuối chín rụng ngoài vườn, dẫn đến tình trạng ứ đọng Một số chủ vườn phải bỏ chuối cho gia súc, gây lãng phí Để giải quyết vấn đề này, biện pháp sấy bảo quản chuối sau thu hoạch đã được đề xuất.
Phân loại chuối và giá trị dinh dưỡng của chuối
Chuối là cây nhiệt đới được trồng ở 107 quốc gia, trong đó có Việt Nam, nơi cây chuối phát triển mạnh mẽ từ đồng bằng đến miền núi Việt Nam có chuối quanh năm, và nó không chỉ là loại trái cây mà còn được xem là rau và lương thực thiết yếu cho con người và vật nuôi.
Bảng1.4 Phân loại theo tên gọi thông thường [3]
Tên gọi Hình ảnh Thông tin
Cây chuối sứ được sử dụng để chế biến nhiều món ăn hấp dẫn như chè chuối, chuối chiên, chuối nướng và chuối luộc Ngoài ra, nông dân Việt Nam còn dùng cây chuối sứ làm thức ăn cho gia súc, trong khi lá chuối sứ thường được dùng để gói bánh Việc ăn chuối sứ hàng ngày mang lại nhiều lợi ích cho cơ bắp.
Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ vàng,thịt thơm và hơi nhão Chuối Cau rất được ưa chuộng tại khu vựcChâu Âu, đặc biệt là nước Pháp.
Chuối sấy là sản phẩm phổ biến trên thị trường Việt Nam, được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng Ngoài ra, chuối bơm có giá thành rẻ, thường được các doanh nghiệp trong và ngoài nước mua để chế biến thức ăn cho gia súc.
Chuối già là loại trái cây dài, cong, có màu xanh khi chín và được xuất khẩu nhiều sang Châu Âu, đặc biệt là Pháp Với hàm lượng dinh dưỡng cao, chuối già trở thành thực phẩm thiết yếu cho các vận động viên thể hình.
Chuối chát, hay còn gọi là chuối hột, được dân gian sử dụng để chữa bệnh sỏi thận bằng cách nấu hạt chuối chát lấy nước uống trong vài tháng Ngoài công dụng này, chuối chát còn có tác dụng hỗ trợ điều trị một số bệnh khác như cảm sốt, táo bón và hắc lào.
Có đặc trưng là không thể ăn sống mà phải luộc chín Khi thưởng thức, chuối có cảm giác giòn sần sật, vị ngọt thanh.
Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ đỏ cam, thịt thơm và hơi nhão.
Chuối táo quạ ra trái trực tiếp chứ không ra bắp như chuối thường, trái to trung bình bằng cổ tay.
Giá trị dinh dưỡng: Chuối là một nguồn dinh dưỡng rất giàu chất sơ, kali, vitamin B6,vitamin C, chất chống oxi hóa và các dưỡng chất thực vật.
Thành phần dinh dưỡng của chuối
Chất béo chuyển hóa có ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, trong khi chuối là một loại trái cây tuyệt vời cho sức khỏe Nó không chỉ giúp tăng cường sức khỏe tim mạch mà còn hỗ trợ hệ tiêu hóa hiệu quả.
Các thông số ban đầu
Tính chất vật lý của chuối 5 :
Nhiệt dung riêng: cvl = 1,0269 kJ/(kg.K)
Độ ẩm vật liệu sấy: o Độ ẩm của chuối trước khi sấy: M1 = 75 – 80 % o Độ ẩm của chuối sau khi sấy: M2 = 18-20 % Nhiệt dung riêng của nước: cn = 4,186 kJ/kg.K
Giới thiệu máy sấy lạnh
Cấu tạo
Máy sấy lạnh hoạt động theo nguyên lý bơm nhiệt, sử dụng các thiết bị cơ bản như điều hòa nhiệt độ bao gồm dàn nóng, dàn lạnh, van tiết lưu, máy nén và hệ thống đường ống kết nối Môi chất sử dụng trong hệ thống thường là gas R22, R410A hoặc R32.
Không khí ẩm từ buồng sấy được đưa qua dàn lạnh, nơi nhiệt độ không khí được hạ xuống và hơi nước ngưng tụ thành giọt nước Sau đó, không khí khô với nhiệt độ thấp được chuyển qua dàn nóng, nơi nó được làm nóng trở lại và đưa vào buồng sấy để sấy khô sản phẩm.
Nguyên lý bơm nhiệt hoạt động bằng cách đưa môi chất từ cục lạnh đến máy nén, nơi môi chất được nén ở áp suất cao và nhiệt độ cao Sau đó, môi chất này được chuyển qua dàn nóng, nơi không khí khô từ dàn lạnh hấp thụ nhiệt và đi vào buồng sấy Cuối cùng, môi chất giảm nhiệt độ và được đưa tới van tiết lưu, qua đó môi chất có áp suất thấp và hạ nhiệt độ xuống điểm đọng sương của hơi.
Cơ sở lý thuyết
Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh
Sấy lạnh giúp rút ngắn thời gian sấy, với không khí sấy khô đưa vào buồng sấy, thời gian sấy chỉ còn 6-8 giờ so với 10 giờ khi sử dụng phương pháp sấy nhiệt gió.
Sấy ở nhiệt độ thấp hơn giúp cải thiện chất lượng vật sấy, giữ được màu sắc đẹp và tránh tình trạng hầm, hấp Trong khi đó, sấy nhiệt gió với độ ẩm cao có thể gây ra hiện tượng tương tự như lò hơi, làm mất màu, chất và vị của vật sấy nếu không thoát ẩm tốt.
Phương pháp tiết kiệm năng lượng trong sấy thực phẩm cho thấy rằng sấy nhiệt gió tiêu tốn 1kW điện để tách 1,2kg nước, trong khi sấy lạnh chỉ cần 1kW điện để tách tới 3kg nước.
Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh
+ Máy phải nhập khẩu nên thời gian chờ đợi lâu.
Một số thiết bị sấy lạnh
Tủ sấy lạnh mini
+ Công suất: 20kg sản phẩm tươi trong 1 mẻ.
+ Điện tiêu thụ 500W Điện gia đình.
+ 6 khay sấy, diện tích sấy khoảng 1m vuông.
Tủ sấy lạnh
+ Công suất: 100kg sản phẩm tươi /mẻ + Điện tiêu thụ: 1.2kW (+ 1kW cho chế độ sấy nhanh) Điện gia đình.
+ 16 khay sấy, diện tích sấy 7 m vuông.
Máy sấy lạnh có công suất lớn
Máy sấy lạnh công suất 500kg trở lên sản phẩm tươi/mẻ
Một số công thức cơ bản trong tính toán thiết bị sấy
2.2.1 Quá trình sấy lý thuyết :
_Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời_Điểm 1: Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh_Điểm 2 : Trạng thái không khí sau dàn lạnh
_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy : _Điểm 4 : Trạng thái không khí vào dàn lạnh :
Hình 2.1 : Đồ thị T-d của quá trình sấy lý thuyết
2.2.2 Tính toán thông số điểm nút của TNS
* Không khí ngoài trời ( điểm 0)
Nhiệt độ t0 = 32C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh)
Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
Độ chứa hơi: kga/kgkkk
Dựa vào các thông số về nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời, chúng ta có thể xác định nhiệt độ đọng sương ts = 25C bằng cách sử dụng đồ thị I-d Từ điểm O (32C, = 80%), ta kẻ đường d = const và tìm điểm giao cắt với đường cong = 100% để xác định giá trị ts.
* Trạng thái không khí sau dàn lạnh (điểm 2) Chọn trạng thái vào của không khí sau dàn lạnh có: t2 = 16C, φ 2 = 100%.
Áp suất bảo hòa: bar.
Độ chứa hơi: kga/kgkkk Với
* Trạng thái không khí vào buồng sấy (điểm 3)
Phân áp suất bão hòa bar
Độ chứa hơi: kga/kgkkk
* Trạng thái không khí vào dàn lạnh (điểm 4)
Phân áp suất bão hòa Pbh4 = Pbh3 = 0,073 bar
* Điểm 1 :Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh
Phân áp suất bão hòa:
Trong đó: τ 0 - Gian đoạn đốt nóng vật liệu (h) τ 1 - Gian đoạn sấy đẳng tốc (h) τ 2 - Gian đoạn sấy giảm tốc (h)
Thời gian đốt nóng vật liệu τ 0 có thể bỏ qua, do đó thời gian sấy được xác định bằng tổng thời gian sấy ở chế độ đẳng tốc và giảm tốc.
Tính tốc độ sấy và thời gian sấy theo phương pháp Loukov
+ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α q được tính theo các công thức thực nghiệm theo độ lớn của vận tốc khí đi qua vật liệu sấy:
Trường hợp vận tốc tác nhân v ≤ 2 m/s, α q được tính theo:
Trường hợp vận tốc tác nhân v < 5 m/s, α q được tính theo:
Trường hợp vận tốc tác nhân v >5 m/s, α q được tính theo:
Do tốc độ gió chọn v = 2 – 3 m/s nên + Mật độ dòng nhiệt:
t m = 45° C – Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS
θ b =t ư – Nhiệt độ bề mặt VLS
+ Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu: J m = J q r
+ Hệ số sấy tương đương: χ = M 1,8 k 1
+ Thời gian sấy đẳng tốc:
+ Thời gian sấy giảm tốc:
2.2.4 Tính toán nhiệt quá trình Tính lượng ẩm cần bốc hơi từ nguyên liệu sấy:
Trong đó: G1: khối lượng vật liệu đưa vào sấy, kg/mẻ
G2: khối lượng sản phẩm sau khi sấy, kg/mẻ
WT: lượng ẩm bốc hơi trong buồng sấy từ quá trình sấy, kg/mẻ
Tính lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho 1kg ẩm bốc hơi 1 :
Trong đó: d4 – độ chứa hơi của không khí sau khi sấy (kg/kgkkk) d3 – độ chứa hơi ban đầu của không khí trước khi đưa vào calorifer (kg/kgkkk)
Khối lượng sản phẩm trong một mẻ là 50kg/mẻ:
Lượng ẩm bốc hơi trong một mẻ sấy:
Lượng không khí khô tuần hoàn trong quá trình sấy
Thông số của tác nhân sấy và nguyên liệu sấy
Không khí ban đầu
Nhiệt độ t0 = 32C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh)
Phân áp suất bão hòa của hơi nước:
Độ chứa hơi: kga/kgkkk
Không khí sau khi được đốt nóng
Phân áp suất bão hòa bar
Độ chứa hơi: kga/kgkkk
Entanpy: Độ ẩm tương đố:
3.2.1 Bảng thông số điểm nút lý thuyết
Bảng 3.1 Thông số điểm nút của không khí trong quá trình sấy
Thông số Điểm 0 Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 t (°C) 32 25,24 16C 40C 40C
Tính chất vật lý của chuối 5 : Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m 3 Nhiệt dung riêng: cvl = 1,0269 kJ/(kg.K)0
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là λ = 0,52 W/(m.K), với độ dày được chọn là δ = 5 mm Độ ẩm của chuối trước khi sấy dao động từ 75-80%, trong khi độ ẩm sau khi sấy đạt từ 18-20% Nhiệt dung riêng của nước là cn = 4,186 kJ/kg.K, và tốc độ gió được chọn là v = 2-3 m/s.
Tốc độ sấy và thời gian sấy
Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS: tm= 40 ° C Nhiệt độ bề mặt VLS: θ b =t ư =¿ 26°C ( Tra đồ thị I-d với t0 = 32°C, = 80% ) Mật độ dòng nhiệt :
Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu:
Tốc độ sấy đẳng tốc: U 1 = 100 J m δ ρ vls = 100.0,98
3.3.2 Thời gian đốt nóng vật liệu :
Xác định thông số nhiệt độ theo quan hệ:
Trong đó: - , nhiệt độ TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy
- θ 0 : nhiệt độ VLS đưa vào TBS,
- θ 1 : nhiệt độ bề mặt bay hơi vật liệu,
Trị số Biot khuếch tán nhiệt: Biq Trong đó: - R = 25mm = 0,0025m
Từ đồ thị quan hệ Q/Qn = f( θ , Bi) ( phụ lục) ta xác định chuẩn số Fourier: Fo = 7 Thời gian đốt nóng vật liệu:
3.3.3 Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc τ 1
Với φ = 80% tra bảng 1.13 giá trị các hệ số theo phương trình 1 được k1 = 2,7 và k2 19,5.
Hệ số sấy tương đương:
400 1,8 =0,0045 Độ ẩm tới hạn: M kx1 = M ke + 1 χ ,55+ 1
Thời gian sấy đẳng tốc: τ 1 = M k 1 −M kx1
3.3.4 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc τ 2
Thời gian sấy giảm tốc: τ 2 = − 1
Tính cân bằng vật chất
Với nguyên liệu là quả chuối có độ ẩm ban đầu M1 = 80% và yêu cầu sản phẩm sấy có độ ẩm M2 = 20%
Khối lượng sản phẩm trong một mẻ sau khi sấy là 50Kg/mẻ
Lượng ẩm bay hơi trong một mẻ sấy là: 200 – 50 0 (Kg/mẻ )
Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ là: W h = W T τ = 150 10,163 ,75 kg h
Tính cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết
Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm từ vật liệu là: l 0 = d 1
Lượng không khí tuần hoàn trong cả quá trình sấy:
45,45 150 = 6817,5 (Kgkk/ h ) Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1kg ẩm
Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:
Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy: Q0 lt = kW Nhiệt lượng riêng làm ngưng tụ ẩm: qnta lt = I4 – I1 = 126,153 – 11,414 = 114,739 J/kga
Nhiệt lượng cần thiết để làm ngưng tụ ẩm được tính bằng công thức Qnta = L0.qnta, với kết quả là 782233,1325 kW Để tách 1kg nước, lượng nhiệt cần thiết là qdllt = I4 – I2, tương ứng với 81,24 kJ/kg Tổng lượng nhiệt thu được từ dàn lạnh trong toàn bộ quá trình sấy cũng rất quan trọng để đánh giá hiệu suất.
Tính toán thiết bị
Kv: là hệ số điền đầy Kv = ( 0,4 0,5 ), chọn Kv = 0,5 Thể tích toàn bộ buồng sấy: V = Vh + Δ V, m 3
Δ V là thể tích các khoảng trống trong kênh gió, nơi đặt quạt và thiết bị sấy, tính bằng mét khối (m³) Theo kinh nghiệm, Δ V thường được chọn trong khoảng 30% đến 40% thể tích tổng (V) Cụ thể, với giá trị Δ V = 0,4.Vh, ta có Δ V = 0,4 x 0,82 = 0,328 m³.
Vậy thể tích buồng sấy là: V = 0,4 + 0,328 = 0,728 m 3 Với V đã tính toán được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài ¿ Rộng ¿ Cao là:
3.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d
Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế
Hình 3.1 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực tế Phương trình cân b[ằng nhiệt cho thiết bị sấy:
Q + Qbs + WCntm1 + G2Cmtm1 + LI1 + Gvc.Cvctm1 = G2Cmtm2 + Q5 + LI3’ + Gvc.Cvc.tm2
Q + Qbs = L(I3’ – I1) + G2Cm(tm2 – tm1) + Q5 – WCn.tm1 + Gvc.Cvc.(tm2 – tm1)
Q + Qbs = Q2 + Qm + Q5 + Q1 + Qvc (*) Trong đó :
Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy
Qbs - Nhiệt lượng bổ sung
Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Qbs = 0
Q1 = - WCmtm1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào
G2Cm.(tm2 – tm1) = Qm - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra
Q5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che
Gvc.Cvc.(tm2 – tm1) = Qvc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển
Q2 = L(I4’ – I2) - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Qbs
Mà q = l(I3 – I2) hay l(I3 – I2) = l(I4’ – I2) + qvc +q5 + qm – Cntm1
Hay l(I4’ – I3) = Cntm1 - ( qvc + q5 + qm) Đặt Cntm1 - (qvc + q5 + qm) = - T bổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm
Suy ra l(I4’ – I3) = hay I4’ = I3 + /l ∆= nhiệt lượng bổ sung – nhiệt lượng tổn thất chung
3.6.3 Tính toán tổn thất nhiệt ∆ a) Tính nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường
Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf = t0 = 32 0 C
Nhiệt độ bên trong buồng sấy: tf2 = 40 0 C
Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày δ=3 mm Tra bảng phụ lục, ta có hệ số dẫn nhiệt = 46 W/mK
Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức Q5 = K.F.t , (W)
Trong đó: F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m 2
Buồng sấy là hình hộp có các thông số: L ¿ B ¿ H = 2,5 ¿ 2 ¿ 1,2 = 6 (m 3 ) Ta tính tổng diện tích xung quanh của buồng sấy:
t - Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng sấy , 0 C
Để xác định hệ số toả nhiệt từ tác nhân sấy đến vách trong buồng sấy (1) và hệ số toả nhiệt từ vách ngoài tới không khí bên ngoài (2), chúng ta sử dụng phương pháp lặp Các hệ số này được đo bằng đơn vị W/m² K.
Giả thiết tw1 = 39,5 0 C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân bằng nhiệt: q = 1(tf1 -tw1) λ δ (tw1-tw2) = 2(tw2 - tf2)
Với tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy đã chọn ω = 2m/s (tốc độ không khí ω < 5 m/s) nên ta có:
Hệ số toả nhiệt 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm sau: ta có Vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua q = 1(tf1 - tw1) = 48,83 (40 – 39,5 ) = 24,415 (W/m 2 )
Nhiệt độ vách ngoài tường được xác định theo công thức: tw2 = tw1 - q. δ λ = 39,5 – 24,415 = 39,5°C
Tra bảng thông số không khí với tm = 35,75 0 C
Ta có Gr.Pr = 1,6.10 9 0,69985 = 1,12 10 9 thuộc khoảng ( 2 10 7 – 1.10 13 )Công thức tính Nusselt: [4]
Hệ số toả nhiệt 2 Nu λ l = 140,197 1,2 0,0272 = 3,2 W/ m 2 K Suy ra : q ’ = 2(tw2 - tf2) = 3,2.(39,5 - 32) = 24 W/m 2
Sai số này rất nhỏ nên các kết quả tính trên có thể chấp nhận được
Vậy, hệ số truyền nhiệt: K = ( α 1 1 + δ λ + α 1 2 ) −1
Hay K Nhiệt tổn thất ra môi trường trong 1giây là:
- Nhiệt tổn thất ra môi trường trong quá trình sấy:
3.6.4 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm [1]
Q m = G2.Cm(tm2 – tm1), kJ Trong đó: Cm = 1,0269 kJ/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của Chuối Nhiệt độ vật liệu sấy vào: tm1 = t0 = 32 0 C
Nhiệt độ vật liệu sấy ra: tm2 = tf1 = 40 0 C
Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:
3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc [1]
Khay sấy được chế tạo từ nhôm với độ dày 3,5 mm, theo thông số trong phụ lục V/271/[2], nhôm có nhiệt dung riêng là 0,86 kJ/kg và mật độ 2700 kg/m³ Diện tích tính toán của khay sấy là 5 m², với số lượng khay sấy được chọn là 4 khay.
Vậy tổng diện tích khay sấy là:
Fk = F.n = 5.4 = 20 m 2 Khối lượng nhôm để làm khay sấy:
Qvc = GAl.CAl(tm2 – tm1) = 162.0,86.(40 – 32) = 1114,56 kJ
3.6.6 Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào q 1 [1] q1 = - Cn.tm1
Trong đó: Cn - Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kgaK Vậy: q1 = - 4,18.32 = -133,76 kJ/kga
Trong quá trình sấy thực, khi ∆ < 0 và không có cấp nhiệt bổ sung, điểm 4’ sẽ lệch sang bên trái so với điểm 4 Đồ thị I-d trong trường hợp này được thể hiện rõ ràng.
Quá trình sấy thực
Hình 3.2 :Đồ thị T-d của Quá trình sấy lạnh thực tế
_Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời _Điểm 1 ’ : Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh trong sấy thực _Điểm 2 : Trạng thái không khí sau dàn lạnh
_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy : _Điểm 4 ’ : Trạng thái không khí sau buồng sấy trong quá trình sấy thực tế
2 - 3: Quá trình gia nhiệt trong giàn nóng
3 - 4 ’ : Quá trình sấy thực tế trong buồng sấy
4 ’ - 1 ’ - 2: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh trong trường hợp sấy thực tế.
3.7.1 Tính toán quá trình sấy thực tế
Thông số tại các điểm 0,2,3 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết.
Trong quá trình sấy thực tế tồn tại một giá trị nhiêt lượng tổn thất Δ nên:
Giả sử nhiệt độ t4’ = 35 o C Dựa vào quá trình sấy thực tế ta có
Ta có φ 1' = 100% d 1' = d 4’ = 0,0133 kg/kg kkk
Tra đồ thị I-d ta có t 1’ = 18 o C
Phân áp suất bão hòa hơi nước
Entanpi của không khí tại điểm số 1’
Bảng 3.2 Điểm nút quá trình sấy lạnh thực
Thông số Điểm 0 Điểm 1’ Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4’ t (°C) 32°C 18°C 16C 40C 35°C
3.7.2 Tính toán nhiệt quá trình sấy thực tế [1] ltt = = 526,32 kg kkk /kg a
-Lưu lượng không khí tuần hoàn trong quá trình sấy
Ltt = WT.ltt = 150 526,32 = 78948 kg/mẻ
- Lưu lựợng không khí tuần hoàn trong 1 giây:
- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm: qtt = I3 – I2 = 69,532 - 44,913 = 24,619 kJ/kg a
- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:
- Năng suất nhiệt dàn nóng cung cấp để sấy trong 1 giây:
- Nhiệt lượng thực tế để làm ngưng tụ ẩm q ntatt = I4’ – I1’ = 69,5 – 52,03 = 17,47 kJ/Kg -Nhiệt lượng thực tế làm ngưng tụ ẩm
Qntatt = Ltt.(qnta - ∆) = 78948.(17,47 + 13,9988) = 15.991.914,99 kW Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước thực tế là q dltt = I4’ – I2 = 69,5 – 44,913 = 24,587 kJ/Kg Lượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy thực tế.
Qdltt = Ltt (qdltt - ∆ ¿ = 78948 ( 24,587 +13,9988) = 3046271,738 kJ -Năng suất lạnh dàn lạnh cung cấp để làm lạnh trong 1 giây
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT
Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt (Cơ sở lý thuyết )
4.1.1 Môi chất và cặp môi chất
Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu tương tự như máy lạnh, nhưng có những yêu cầu đặc biệt do nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn Điều này tương tự với chế độ nhiệt độ cao của điều hòa không khí, dẫn đến việc sử dụng các loại môi chất truyền thống như R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin Gần đây, việc sử dụng các môi chất mới như R21, R113, R114, R12B1 và R142 đã được chú ý nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt độ dàn ngưng của bơm nhiệt.
Máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt, với tất cả các dạng máy nén của máy lạnh được ứng dụng trong hệ thống này Đặc biệt, máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin đóng vai trò chủ chốt Một máy nén bơm nhiệt cần đảm bảo độ chắc chắn, tuổi thọ cao, vận hành êm ái và hiệu suất tối ưu trong cả điều kiện thiếu tải và đủ tải.
4.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt bao gồm thiết bị bay hơi và ngưng tụ, trong khi máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Cả thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt đều có các dạng như ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm Các phương pháp tính toán cho những thiết bị này tương tự như chế độ điều hòa nhiệt độ.
4.1.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệt
Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt tương tự như thiết bị phụ của máy lạnh, nhưng do yêu cầu nhiệt độ cao hơn, chúng cần có độ tin cậy và công nghệ gia công cao hơn Điều này cũng đặt ra thách thức đối với dầu bôi trơn và các loại đệm kín trong hệ thống.
Bơm nhiệt hoạt động ở áp suất và nhiệt độ gần giới hạn tối đa, do đó cần thiết bị tự động với độ tin cậy cao để ngăn ngừa hư hỏng khi vượt quá giới hạn cho phép Ngoài ra, van tiết lưu cũng cần được điều chỉnh phù hợp vì bơm nhiệt có chế độ làm việc khác với máy lạnh.
4.1.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt
Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hỗ trợ, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của bơm nhiệt theo từng phương án sử dụng cụ thể Các loại thiết bị ngoại vi này rất đa dạng và phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ diesel hoặc động cơ gió…
Có nhiều phương án sử dụng nhiệt thu từ dàn ngưng tụ, bao gồm sưởi ấm trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua vòng tuần hoàn chất tải nhiệt Nhiệt này có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực như sấy, nấu ăn, và hút ẩm Mỗi phương án sẽ yêu cầu các thiết bị hỗ trợ khác nhau để đạt hiệu quả tối ưu.
Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi bao gồm việc sử dụng dàn lạnh đồng thời với nóng, với dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh Ngoài ra, dàn bay hơi có thể được đặt ngoài không khí hoặc sử dụng nước giếng làm môi trường cấp nhiệt Các lựa chọn khác bao gồm việc đặt dàn bay hơi dưới nước, dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời.
Các thiết bị điều khiển tự động có vai trò quan trọng trong việc kiểm tra và điều chỉnh hoạt động của bơm nhiệt cùng các thiết bị hỗ trợ Những thiết bị này giúp tự động hóa quy trình vận hành, đảm bảo sự tương thích và hiệu quả tối ưu cho hệ thống bơm nhiệt.
Chọn môi chất nạp
Môi chất bơm nhiệt cần đáp ứng các tiêu chí tương tự như máy lạnh, với các loại phổ biến như R12, R22, R502, R21, R113 và R114 Hiện nay, R22 được lựa chọn làm môi chất lạnh cho bơm nhiệt nhờ vào ứng dụng rộng rãi và những ưu điểm nổi bật của nó.
Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên môi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy.
Gọi - tw2 là nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng Theo yêu cầu thì tw2 = 40 0 C
- Δt k là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió, Δt k = (10 – 15 0 C)
Ta chọn Δt k = 10 0 C Khi đó, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất là: tk = tw2 + Δt k = 40 + 10 = 50 0 C
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh được tính toán bằng công thức t0 = tb - Δt0, trong đó tb là nhiệt độ không khí sau dàn bay hơi, với yêu cầu hệ thống sấy là tb = 16°C Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Δt0 có giá trị tối ưu từ 8 đến 13°C, và trong trường hợp này, chúng ta chọn Δt0 = 8°C Do đó, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh được xác định là t0 = 16 - 8 = 8°C.
4.2.3 Nhiệt độ hơi hút Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng người ta phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt. th = t0 + Δt h
Với môi chất R22, ta chọn Δt h = 25 0 C Vậy nhiệt độ hơi hút là: th = 3 + 25 = 28 0 C
Tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh
Với nhiệt độ bay hơi t0 là 8°C và nhiệt độ ngưng tụ tk là 50°C, áp suất bay hơi và ngưng tụ tương ứng của R22 ở trạng thái bão hòa được xác định là p0 = 6,4041 bar và pk = 19,326 bar Từ đó, tỉ số nén được tính toán là π = pk / p0 = 3,02.
Khi lựa chọn máy nén, nên ưu tiên máy nén 1 cấp Đồng thời, với môi chất lạnh R22, việc sử dụng sơ đồ máy nén lạnh 1 cấp kết hợp với thiết bị hồi nhiệt là lựa chọn hợp lý.
4.3.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc
Hình 4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy sấy lạnh
Hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được đưa vào thiết bị hồi nhiệt, nơi nó nhận nhiệt đẳng áp từ lỏng cao áp và chuyển thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt này được hút về máy nén, nơi nó được nén từ áp suất bay hơi lên áp suất ngưng tụ Sau đó, hơi cao áp đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho tác nhân sấy và ngưng tụ thành lỏng Lỏng cao áp tiếp tục vào thiết bị hồi nhiệt, nhả nhiệt cho hơi hạ áp, biến thành lỏng chưa sôi Cuối cùng, lỏng này đi qua van tiết lưu để giảm áp suất xuống mức bay hơi, rồi vào thiết bị bay hơi để nhận nhiệt từ tác nhân sấy, hoàn tất chu trình.
4.3.3 Xây dựng đồ thị và lập bảng xác định các giá trị tại các điểm nút
Hình 4.2 Đồ thị T-s và logP-i của chu trình lạnh
Trạng thái : 1-1’: Quá nhiệt hơi môi chất trong thiết bị hồi nhiệt.
1’-2: Nén đoạn nhiệt hơi môi chất từ p0 đến pk. 2-3: Làm mát và ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bi ngưng tụ.
3-3’: Quá lạnh lỏng cao áp trong thiết bị hồi nhiệt.
3’-4: Quá trình tiết lưu đẳng Entanpi.
4-1 : Quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi.
Bảng các thông số tại các điểm nút của đồ thị:
Bảng tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hòa và hơi quá nhiệt được trình bày trên trang 167-182 trong tài liệu "Môi chất lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi và Phạm Văn Tùy Các thông số nhiệt động của R22 được thể hiện qua các điểm trạng thái với các thông số t (nhiệt độ), P (áp suất), i (năng lượng riêng) và s (entropy).
Nhiệt độ điểm 3’ được xác định theo phương trình cân bằng nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt với giả thiết bỏ qua các tổn thất Ta có: i3 – i3’ = i1’ – i1
Như vậy độ quá lạnh Δt ql = 50 – 37,7 = 12,3 0 C 4.1.6 Tính toán chu trình
Lưu lượng môi chất tuần hoàn qua hệ thống:
Lưu lượng môi chất tuần hoàn được xác định dựa vào năng suất lạnh của dàn bay hơi (Q0) và công suất nhiệt của dàn ngưng tụ (Qk) Trong chương 4, chúng ta đã thực hiện các phép tính cần thiết để xác định các giá trị này.
Q0tt = 83,33 kW; Qktt = 83,26 kW Xem hiệu suất của dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau: η 0 =η k = 0,75.
Vậy công suất dàn ngưng của bơm nhiệt:
Qk Q ktt η k = 83, 0,75 26 = 111 kW Công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt:
Do môi chất tuần hoàn trong bơm nhiệt nên lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau.
+ Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh:
1 −i 4 = 405,97−246,272 111,1 = 0,69 kg/s + Lưu lượng môi chất qua dàn nóng:
Ta thấy lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh theo tính toán không bằng nhau.
Do đó để đảm bảo công suất của toàn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn nhất Tức là: G
Khi đó công suất nhiệt sẽ là:
Qk’ = G(i2 – i3) = 0,69.(452,338 - 262,03) = 131,31 kW Công suất nhiệt sẽ thừa một lượng là: ΔQ k = Qk’ – Qk = 131,31 – 111 = 20,1 kW.
Qhn = G.(i1’ – i1) = 0,69.(421,728 – 405,97) ,9 kW Công tiêu thụ của máy nén:
4.3.4 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt:
Do sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số nhiệt của bơm nhiệt được tính theo công thức: ϕ q k +q 0 l = 2 q 0 +l l = 2.159,698+21,12
* Nhiệm vụ của máy nén lạnh
Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của các hệ thống lạnh nén hơi Máy nén có nhiệm vụ:
- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi.
- Duy trì áp suất P0 và nhiệt độ t0 cần thiết.
- Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước hoặc không khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ.
Van tiết lưu cho phép môi chất lạnh lưu thông qua thiết bị bay hơi, đảm bảo quá trình tuần hoàn kín trong hệ thống Quá trình này liên quan đến việc thu hồi nhiệt từ môi trường lạnh và thải nhiệt vào môi trường nóng, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh.
Với môi chất R22 ta chọn loại máy nén pittông nửa kín
4.2.1 Tính toán chu trình ở chế độ yêu cầu
- Năng suất khối lượng thực tế: G = 0,69 kg/s.
- Năng suất thể tích thực tế:
Tại bảng 9 trong tài liệu "Môi chất lạnh" của Nguyễn Đức Lợi và Phạm Văn Tùy, các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hòa được trình bày Ở nhiệt độ hơi hút 80°C, giá trị thể tích riêng v đạt 36,89 x 10^-3 m³/kg.
- Hệ số cấp của máy nén: λ=
Hệ số cấp của máy nén không cố định mà thay đổi theo chế độ làm việc của hệ thống Theo hình 7-4, hệ số cấp và hiệu suất chỉ thị có mối liên hệ chặt chẽ với tỷ số nén.
215 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, với môi chất R22 ta có λ = 0,8
- Thể tích hút lý thuyết: Vlt = Vtt/ λ = 25,45.10 -3 /0,8 = 31,81.10 -3 m 3 /s.
- Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0 = i1 – i4 = 405,97 – 246,272 = 159,698 kJ/kg
* Năng suất lạnh riêng thể tích:
4.2.2 Tính toán năng suất lạnh tiêu chuẩn
Công suất lạnh của máy nén chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ vận hành, do đó, chế độ này có thể khác biệt so với thông số trong catalog Để lựa chọn máy nén phù hợp, cần quy đổi năng suất lạnh từ chế độ vận hành hiện tại sang chế độ quy chuẩn.
Tra bảng 7-1-trang 220 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi Với R22, chế độ tiêu chuẩn là: t0 = -15 0 C; tqn = 15 0 C; tk = 30 0 C; tql = 25 0 C.
Bảng 4.2 Thông số trạng thái của các điểm nút trên đồ thị Điể m Trạng thái P bar
Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Lỏng sôi, x=0 Lỏng chưa sôi Hơi bão hòa ẩm
Tính toán chế độ tiêu chuẩn:
Hệ số cấp và hiệu suất chỉ thị trong hệ thống lạnh phụ thuộc vào tỷ số nén, như thể hiện trong hình 7-4 (trang 215) của cuốn "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi Đối với môi chất R22, giá trị λ tc được xác định là 0,76.
* Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn: q0tc = i1 – i4 = 399,16 - 230,50 = 168,66 kJ/kg
* Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: qvtc = q v 0tc
* Năng suất lạnh tiêu chuẩn:
(https://www.bitzer.de/websoftware/Calculate.aspx? cid54341153765&mod=HHK): chọn máy nén pittong nửa kín BITZER,
Bảng 4.3 : Thông số của máy nén pittong nửa kín BITZER
Tổn thất năng lượng và công suất động cơ
* Công suất hửu ích: Ne = Ni + Nms
Theo Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, với máy nén R22 ngược dòng: pms = (19 ÷ 34) kPa Ta chọn pms = 20 kPa.
* Công suất điện tiêu thụ: Nel N e η td η el η td - Hiệu suất truyền động Với máy nén nửa kín: η td = 1 η el - Hiệu suất động cơ điện η el = (0,8 – 0,95) Chọn η el = 0,9.
* Công suất động cơ điện lắp đặt: Ndc = (1,1 – 2,1).Nel. Chọn: Ndc = 1,1.Nel = 1,1.28,66 = 31,5 Kw
4.3.6 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí)
Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có vai trò quan trọng trong việc gia nhiệt không khí trước khi đưa vào buồng sấy, từ trạng thái bão hòa sau dàn lạnh đến nhiệt độ và độ ẩm mong muốn Sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt thay cho thiết bị gia nhiệt truyền thống giúp giảm đáng kể chi phí điện năng, từ đó hạ thấp chi phí lắp đặt và vận hành hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt.
Chúng tôi đã chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức từ nguồn https://hoangbach.vn/dan-trao-doi-nhiet/dan-ngung-tu-dan-nong.html?fbclid=IwAR1NL Cấu tạo của thiết bị được minh họa trong hình vẽ dưới đây.
Do môi chất sử dụng là Freon R22, ống đồng cánh nhôm được chọn làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng Với công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt là Qk = 111 kW, chúng ta sẽ lựa chọn hai dàn ngưng có cùng thông số.
Công suất : 30Hp Năng sấy lạnh : 60 Kw Model: FNF – 60/210
4.3.7 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí)
Dàn bay hơi hoạt động bằng cách hấp thụ nhiệt từ không khí chuyển động bên ngoài, giúp giảm nhiệt độ không khí xuống dưới mức nhiệt độ đọng sương Quá trình này tách một phần ẩm trong không khí trước khi nó đi vào dàn bay hơi, đồng thời làm bay hơi môi chất bên trong dàn lạnh từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi bão hòa.
* Chọn loại dàn bay hơi
Dàn bay hơi được sử dụng để làm lạnh không khí, vì vậy chúng tôi chọn loại dàn bay hơi làm lạnh không khí theo phương pháp đối lưu cưỡng bức Cấu tạo của dàn bay hơi bao gồm một máng hứng nước ngưng ở dưới, giúp thu thập nước ngưng khi không khí được làm lạnh đến điểm sương.
Từ nguồn: http://vattulanh.vn/san-pham/dan-lanh-cong-nghiep-meluck/, với Q0 = 111,1 kW
Ta chọn dàn lạnh DL112/634A có thông số:
Năng suất lạnh: 112 kWDiện tích trao đổi nhiệt: 30 m2
Chọn Đường ống dẫn môi chất
* Lưu lượng thể tích môi chất qua ống đẩy: m 3 /s.
* Tốc độ môi chất trong ống đẩy:
Theo bảng 10-1 trang 345 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi: Tốc độ dòng chảy thích hợp, với môi chất R22, ω h =(8 – 15) m/s Ta chọn ω h = 15 m/s.
* Đường kính trong của ống: dtd = √ 4 π ω V h d = (m)
Theo bảng 10-2 trang 346 trong "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của Nguyễn Đức Lợi, để chọn loại ống cho máy lạnh Freôn, cần sử dụng ống có đường kính trong là 40,5 mm và đường kính ngoài là 45 mm.
* Lưu lượng thể tích môi chất qua ống hút:
* Tốc độ môi chất trong ống hút:
Theo bảng 10-1 trang 345 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi: ω ω
* Đường kính trong của ống: dtd = = 0,089 m.
Theo bảng 10-2 trang 346 trong "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi, khi lựa chọn ống cho máy lạnh Freôn, cần chú ý đến các thông số kỹ thuật Cụ thể, đường kính trong của ống là 100 mm và đường kính ngoài là 111 mm.
TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT
4.5.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy.
Theo sơ đồ bố trí hệ thống, cần chế tạo hệ thống dẫn không khí từ quạt vào buồng sấy Diện tích mặt cắt của hệ thống được xác định dựa trên công thức cụ thể.
- Trong đó : - F : Diện tích tiết diện đường ống dẫn, m 2
- - V : Lưu lượng không khí trong đoạn ống, m 3 /s.
- - ω : Tốc độ không khí trong ống, m/s.
- Để lựa chọn tốc độ gió thích hợp là một bài toán kinh tế kỹ thuật phức tạp Bởi vì:
Khi lựa chọn tốc độ lớn, đường kính ống sẽ nhỏ hơn, dẫn đến chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên, điều này cũng gây ra trở lực lớn cho hệ thống và gia tăng độ ồn do khí động của dòng không khí.
Khi lựa chọn tốc độ gió thấp, đường kính ống sẽ lớn hơn, dẫn đến chi phí đầu tư cao và khó khăn trong quá trình lắp đặt, nhưng độ ồn sẽ được giảm thiểu Để đảm bảo tính hiệu quả cho hệ thống, tốc độ gió trong kênh dẫn gió được khuyến nghị là 8 m/s.
- * Tính lưu lượng không khí
Trong chương 3 ta đã tính toán được lưu lượng không khí tuần hoàn trong 1 giây là Gkk
Với lưu lượng 2,16 kg/s và nhiệt độ trung bình trong buồng sấy là 37,5°C, theo bảng phụ lục 25 trong Giáo trình Lý thuyết, tính toán và thiết kế hệ thống sấy của Bùi Trung Thành, ta có mật độ không khí khô là ρ = 1,137 kg/m³.
* Đường kính ống dẫn không khí:
Ta chọn đường kính ống dẫn là d = 550 mm.
*Xác định chiều dài đường ống:
Chiều dài toàn bộ đường ống l được xác định dựa vào sơ đồ bố trí hệ thống Theo tính toán sơ bộ, chiều dài tổng cộng của đường ống gió từ bộ xử lý không khí đến miệng thổi vào buồng sấy khoảng 3m.
4.5.2 Tính toán trở lực của hệ thống a) Tổn thất áp suất trên đường ống gió
Tổn thất ma sát được tính theo công thức 10-7 – trang 353- Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi
Trong đó: + λ - Hệ số tổn thất ma sát.
+ l - Chiều dài ống l = 3m + d – Đường kính trong tương đương của ống, d = 0,55m + ω - Tốc độ không khí trong ống ω = 8 m/s.
+ ρ - Khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ 40 0 C.
Theo bảng Phụ Lục 25 trong Giáo trình Lý thuyết, tính toán và thiết kế hệ thống sấy của Bùi Trung Thành, thông số vật lý của không khí khô tại nhiệt độ 40 °C được xác định với mật độ ρ = 1,128 kg/m³ và độ nhớt động học ν = 16,96 x 10⁻⁶ m²/s.
Với ống mỏng bề mặt trong láng, tiết diện tròn và Re > 10 5 thì: c) λ = = 0,014
* Tổn thất cục bộ ΔP cb
Hệ thống đường ống gió gồm có:
+ 2 cút cong tiết diện tròn 4 đốt với góc cong 90 0 Trang 360 ,ta được ξ=0,27
+ 1 van điều chỉnh gió tiết diện tròn Trang 360 ,ta được ξ=0,19
+ 1 côn mở rộng từ ống dẫn ra buồng sấy Trang 360 với góc α từ 45 – 90 0 thì ξ=0,9−1 Ta chọn ξ=0,9
+ 1 côn thu nhỏ từ buồng sấy vào bộ xử lý không khí Với góc α khoảng 30 0 thì
Tổn thất cục bộ được tính theo công thức:
. Vậy tổng tổn thất trên đường ống gió: d) ΔP1 = = 2,75 + 87,7 = 90,46 mmH2O b) Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống
Tính ΔP 2 : trở lực của thiết bị lọc bụi, buồng xử lý không khí, buồng sấy.
Trở lực của thiết bị lọc bụi thay đổi tùy theo kiểu lọc, và trong hệ thống này, với mật độ bụi không cao, bộ lọc bụi kiểu lưới được lựa chọn Theo mục 9.2.2.5 - Thiết bị lọc bụi kiểu lưới, trở lực của lưới lọc dao động từ 30 đến 40 Pa Trong hệ thống sấy này, trở lực của lưới được xác định là 35 Pa, tương đương với 3,57 mmH2O.
Trở lực của buồng sấy phụ thuộc vào kiểu buồng, cách bố trí sản phẩm và mật độ sấy, ảnh hưởng đến mức độ trở lực lớn hay nhỏ Theo kinh nghiệm, trở lực của buồng sấy thường được xác định là 5 mmH2O.
Trở lực qua buồng xử lý không khí được tính theo công thức: ΔP'=(30÷70)ρ.ω 2
2 , mmH2O Với ω = 2 m/s ta chọn trở lực qua buồng xử lý không khí là 68 mmH2O.
Như vậy tổng tổn thất trở lực của hệ thống là: ΔP = ΔP1 + ΔP2 = 90,46 + 76,57 = 298,3 mmH2O )25,33 Pa
Theo Giáo trình Lý thuyết, tính toán và thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành, ta có năng suất của quạt N là:
Trong bài viết này, các yếu tố quan trọng liên quan đến lưu lượng và áp suất của quạt sấy được trình bày như sau: Lưu lượng V ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy được tính bằng m³/h, trong khi tổng cột áp ΔP mà quạt phải thực hiện được đo bằng mmH₂O Hệ số dự phòng k được chọn là 1,1, với hiệu suất quạt ηq nằm trong khoảng từ 0,4 đến 0,6, và được chọn là 0,6 Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn là ρ₀ = 1,293 kg/m³, trong khi khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình TNS được ký hiệu là ρ.
Từ năng suất quạt N=11,52 (Kw), lưu lượng V và cột áp ΔP theo https://ifan.com.vn/san- pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html
Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật của quạt ly tâm cao áp
Số vòng quay: n = 2930 Vg/ph
Tính thời gian hoàn vốn và bản vẽ thiết kế
Thời gian hoàn vốn
Thời gian hoàn vốn của thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giá thành thiết bị, chi phí sản phẩm sau khi sấy, giá nguyên liệu, chi phí điện năng và tiền thuê nhân công.
* Theo giá thành của thị trường hiện nay giá của một gói chuối sấy có khối lượng 250g dao động trong khoảng 43.500 VNđ ( đã tính đến đóng gói mặt hàng )
Nhóm em chọn giá chuối sấy loại 250g sẽ là 43.500 VNđ, như vậy giá của 1 kg mít sấy sẽ là:
Giá trị Ts được tính là 43.500.4, tương đương với 174.000 VNđ Tuy nhiên, theo giá bán của nhà sản xuất, chúng ta chỉ sử dụng Ts = 164.000 VNđ Với sản lượng một mẻ sấy là 50 kg, ta có thể tính toán số tiền thu được sau mỗi mẻ sấy.
Giá thành để mua nguyên liệu cho mẻ sấy chuối là 8.200.000 VNđ, dựa trên việc mua 1kg chuối tươi với giá sàn 15.000 đồng/kg Năng suất của buồng sấy đạt 200 kg/mẻ, trong đó phần thịt ăn được của trái chuối chiếm khoảng 90% trọng lượng quả.
TNL = 200 ¿ 15000 ¿ 100/90 = 3.333.333 VNđ/mẻ Khoản đầu tư ban đầu để xây dựng hầm sấy và mua thiết bị như quạt, máy nén, dàn ngưng, cùng với chi phí bảo trì và sửa chữa trong quá trình sấy, tổng vốn đầu tư cho toàn bộ buồng sấy ước tính đạt 300 triệu VNđ.
Bảng 5.1 : Số liệu vật tư cần cho máy sấy lạnh
Sản phẩm Số lượng Giá tiền Công suất
Dàn ngưng tụ 2 Liên hệ 120 KW
Dàn bay hơi 1 Liên hệ 112 KW
Quạt ly tâm 1 22.000.000 VNĐ 15 KW
Bảo vệ mất pha 1 1.830.000 VNĐ - Đèn báo 3 45.000 VNĐ -
Máy đo nhiệt độ và độ ẩm không khí 1 662.000 VNĐ -
Nút nhấn 3 21.000 VNĐ - Ống đồng 4 720.000 VNĐ -
* Tiền nhân công 1 người là: 180 000 VNđ/1người
Số công nhân phục vụ: 2 người chia làm 1 ca tối, mỗi ca 8 tiếng.
Vậy chi phí cho nhân công là: 180 000 x 2 = 360.000 VNđ/1mẻ
* Chi phí điện năng gồm các thiết bị: máy điều hòa, quạt, đèn chiếu sáng.
Bảng 5.2: Giá điện bán lẽ của tập đoàn EVN
Chi phí điện năng để sấy một mẻ chủ yếu phát sinh vào ca tối từ 22h đến 6h, được tính theo công thức: (Tổng điện năng tiêu thụ) x (Giá điện 1kWh) x (Thời gian sấy) Cụ thể, chi phí cho một mẻ sấy là (294 x 970 x 6) + (294 x 1.536 x 4,163) = 3.590.024 VNđ/mẻ.
* Lãi suất thu được sau mổi mẻ sấy là:
Lãi suất năm mà hệ thống đem lại:
Chuối có thể thu hoạch quanh năm, và nếu hệ thống sấy chuối hoạt động liên tục, có thể sấy Mít suốt 365 ngày trong năm Mỗi ngày, hệ thống có khả năng sấy một mẻ chuối, với thời gian sấy cho mỗi mẻ là 11 tiếng.
* Khấu hao tài sản cố định của hệ thống trong 1 năm là: i = 10%.
Xem giá trị còn lại của hệ thống là 0 VNđ (Các thiết bị hết giá trị sử dụng) và thu nhập hàng năm là đều
Ta có công thức tính thời gian hoàn vốn:
334−365.0,01 ln (¿ 1 +0,01)¿ = 0,97 nămVậy thời gian hoàn vốn của hệ thống khi làm việc không gặp trở ngại là 0,97 năm