Tính toán, thiết kế hệ thống buồng sấy khoai lang năng suất 150 kg mẻ

Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản , vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.Một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ s

Tổng quan về nguyên liệu

Giới thiệu về cây khoai lang

Cây khoai lang có thời gian sinh trưởng ngắn khoảng 120 - 130 ngày, nhưng lại chứa hàm lượng dinh dưỡng cao so với nhiều loại cây trồng khác Nghiên cứu cho thấy khoai lang đứng đầu trong số 7 cây lương thực quan trọng tại các nước đang phát triển về năng suất năng lượng, đạt 201MJ/ha/ngày, gần tương đương với cây khoai tây.

(205MJ/ha/ngày), cao hơn nhiều so với cao lương, lúa, lúa mì, sắn, ngô.

Thành phần và tính chất hóa học

Gluxit là thành phần chính của chất khô, chiếm từ 80 - 90% tổng lượng chất khô, tương đương 24 - 27% trọng lượng chất tươi Thành phần gluxit chủ yếu bao gồm tinh bột và đường, bên cạnh đó còn có một số hợp chất khác như pectin và hemicellulose với tỷ lệ nhỏ Tỷ lệ gluxit có thể thay đổi tùy thuộc vào giống và độ chín của củ, cũng như thời gian bảo quản, nấu nướng và chế biến Những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm, bao gồm độ cứng, độ khô, cảm giác ngon miệng và hương vị.

Tinh bột là thành phần chính của gluxít, chiếm 60 - 70% chất khô trong củ khoai lang Giống khoai lang là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột Bên cạnh giống, các yếu tố khác như thời vụ, địa điểm trồng, loại phân bón, thời gian thu hoạch, thời gian bảo quản và phương pháp chế biến cũng có tác động đáng kể đến hàm lượng tinh bột trong sản phẩm.

Hàm lượng đường tổng số trong củ khoai lang ở Việt Nam biến động từ 12,26% và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm bản chất di truyền của giống, thời gian thu hoạch và phương pháp bảo quản.

18,52% chất khô và từ 3,63 - 6,77% chất tươi) Trong củ khoai lang tươi những đường chủ yếu là saccaroza, glucoza và fructoza, đường mantoza cũng có nhưng với một lượng nhỏ.

Xơ tiêu hóa bao gồm các hợp chất như pectin, hemixenlulose và xenlulose, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nguy cơ mắc các bệnh ung thư, bệnh đường tiêu hóa, tiểu đường và bệnh tim mạch Đặc biệt, pectin có khả năng tạo ra các tính chất lưu hoá, góp phần nâng cao sức khỏe tiêu hóa.

1.2.2 Protein và các axit amin.

 Trung bình hàm lượng protein thô là 5% chất khô và 1,5% chất tươi.

 Hàm lương protein tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác, điều kiện môi trường.

Nghiên cứu cho thấy khoai lang vụ xuân chứa hàm lượng protein cao hơn so với vụ đông, trong khi khoai lang ở vùng ôn đới lại có mức protein thấp hơn so với vùng nhiệt đới.

 Lượng phân đạm cao trong đất cũng dẫn đến lượng protein trong củ cao hơn.

 Tuy nhiên cần chú ý lượng protein trong củ tăng dẫn đến lượng nước tăng, lượng tinh bột giảm, gây khó khăn cho quá trình bảo quản.

Khoai lang là nguồn giàu vitamin C và các vitamin nhóm B như B1, B2, B5, B6 cùng axit folic Đặc biệt, khoai lang ruột vàng còn cung cấp caroten, một tiền vitamin A quan trọng cho cả con người và gia súc.

 Vitamin C thường dao động trong khoảng 20-50mg/100g chất tươi.Lượng vitamin C cũng phụ thuộc vào từng loại giống.

Caroten, hay còn gọi là tiền vitamin A, đóng vai trò dinh dưỡng thiết yếu cho con người và gia súc Sự thiếu hụt vitamin A có thể gây ra nhiều bệnh lý về mắt, thậm chí dẫn đến mù lòa.

 Hàm lượng tro trung bình khoảng 1% chất tươi.

 Hàm lượng Kali nhiều nhất sau đó đến P, Mg, Ca.

 Ngoài ra còn có một số nguyên tố vi lượng như Zn, Cl, Fe, Cu, Mn Thậm chí còn có một số chất như Ni, Pb, Hg, Si.

 Hàm lượng khoáng phụ thuộc vào giống, nơi trồng, điều kiện chăm bón.

Sắc tố caroten là yếu tố quyết định màu sắc thịt ruột củ, bao gồm các màu như kem, da cam, vàng và tím, tùy thuộc vào hàm lượng β-caroten Tỉ lệ β-caroten thường cao ở các giống ruột vàng và vàng đậm, trong khi các giống ruột màu trắng thường không chứa caroten.

 β-Caroten là hoạt tính tiền vitamin A.

1.2.6 Độc tố và các chất ức chế

 Độc tố trong khoang lang thường gây độc cho gan và phổi Đó là các độc tố furanotecpenoit, sesquitecpen hay ipoeamaron.

 Những độc tố này sinh ra thường do sâu bọ, nấm mốc xâm nhập.

Enzim α-amylase đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt mạch và tổng hợp các chất trong tế bào củ, ảnh hưởng lớn đến chất lượng bảo quản sản phẩm.

 Enzym amylaza bao gồm α - amylaza và β- amylaza.

 α -amylaza có khả năng phân cách ngẫu nhiên mối liên kết 1 - 4 glucozit, thủy phân tinh bột chủ yếu tạo thành một lượng dextrin mantoza và glucoza.

 β - amilaza thủy phân tinh bột chủ yếu tạo mạch mantoza và một lượng nhỏ dextrin phân tử lớn

 Ngoài enzym amylaza còn có enzym polyphenol oxyclaza cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan, màu sắc và các sản phẩm

Ứng dụng của khoai lang

Khoai lang là một nguồn thực phẩm quan trọng trên toàn cầu, được trồng ở nhiều quốc gia Nó không chỉ được sử dụng làm lương thực cho con người mà còn làm rau và thức ăn cho gia súc Ngoài ra, khoai lang còn được chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau trong ngành công nghiệp.

Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực - Nông nghiệp thế giới (FAO) thì củ khoai lang trên thế giới được sử dụng như sau:

 Số bị loại thải, bỏ đi : 6%

 Việc sử dụng khoai lang nhiều vào mục đích nào phụ thuộc trình độ phát triển của các nước trồng.

Tổng quan về công nghệ và thiết bị

Tổng quan về công nghệ

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm

Quá trình tách nước khỏi vật liệu rắn hoặc dung dịch là một kỹ thuật quan trọng và phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực hóa chất và thực phẩm.

 Giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm.

 Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển.

 Là công đoạn sơ chế cho các bước chế biến tiếp theo.

2.1.3.Các phương pháp tách ẩm

Tùy thuộc vào tính chất và độ ẩm của vật liệu, cũng như yêu cầu và mức độ làm khô cần thiết, có nhiều phương pháp khác nhau để tách ẩm ra khỏi vật liệu.

Phương pháp cơ học là kỹ thuật sử dụng máy ép, máy lọc và máy ly tâm để tách nước khỏi vật liệu Phương pháp này thích hợp khi không cần tách triệt để mà chỉ cần loại bỏ một lượng nước sơ bộ.

Phương pháp hóa lý sử dụng hóa chất có khả năng hút nước cao, như CaCl2 khan hoặc H2SO4 đậm đặc, để tách ẩm khỏi vật liệu Mặc dù phương pháp này có hiệu quả, nhưng chi phí và độ phức tạp của nó khiến nó chủ yếu được áp dụng để hút ẩm trong hỗn hợp khí, nhằm bảo quản máy móc và thiết bị.

 Phương pháp nhiệt: Dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống.

2.1.4 Phân loại phương pháp sấy.

Sấy tự nhiên là phương pháp sử dụng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời và gió để bay hơi nước Mặc dù đơn giản, tiết kiệm chi phí và không tốn năng lượng, phương pháp này có nhược điểm là không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật, dẫn đến năng suất thấp và phụ thuộc vào thời tiết Ngoài ra, phương pháp này cần diện tích bề mặt lớn và điều kiện vệ sinh kém, nên thường được áp dụng cho sản xuất quy mô nhỏ và hộ gia đình.

Sấy nhân tạo là phương pháp sấy sử dụng nguồn năng lượng do con người tạo ra, thường thực hiện trong các thiết bị sấy, nhằm cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm.

Sấy nhân tạo có nhiều dạng:

 Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò,…( gọi là tác nhân sấy ).

Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy trong đó tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ sấy Thay vào đó, nhiệt được truyền đến vật liệu sấy một cách gián tiếp qua một vách ngăn.

 Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.

Sấy bằng dòng điện cao tần là một phương pháp hiệu quả, sử dụng năng lượng điện trường tần số cao để làm nóng đồng đều toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu Phương pháp này giúp cải thiện quá trình sấy, tăng cường hiệu suất và tiết kiệm thời gian.

Sấy thăng hoa là một phương pháp sấy hiệu quả, diễn ra trong môi trường chân không cao và nhiệt độ thấp Quá trình này cho phép ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn thành hơi, mà không cần qua giai đoạn lỏng.

2.1.5.Nguyên lí của quá trình sấy.

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối phức tạp, bao gồm sự khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn cùng với truyền nhiệt Đây là quá trình liên tiếp, chuyển nước từ pha lỏng sang pha hơi và tách pha hơi khỏi vật liệu Động lực chính của quá trình này là sự chênh lệch độ ẩm giữa bên trong và bề mặt vật liệu Khuếch tán chuyển pha chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong không khí Tốc độ của quá trình sấy phụ thuộc vào giai đoạn chậm nhất, và nhiệt độ có thể thúc đẩy hoặc cản trở việc di chuyển ẩm từ bên trong ra ngoài bề mặt vật liệu.

Trong quá trình sấy, môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn đến vận tốc sấy Do đó, việc nghiên cứu tính chất của không khí ẩm là một thông số cơ bản và cần thiết cho quá trình sấy hiệu quả.

 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy:

2.1.6.Các loại tác nhân sấy.

Tác nhân sấy là chất dùng để vận chuyển độ ẩm tách ra từ vật liệu sấy Trong quá trình sấy, ẩm từ vật liệu sấy liên tục được bổ sung vào môi trường buồng sấy Nếu không được loại bỏ, độ ẩm này sẽ làm tăng độ ẩm tương đối trong buồng sấy, dẫn đến tình trạng cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường Khi đạt đến mức cân bằng này, quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ dừng lại.

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :

 Gia nhiệt cho vật liệu sấy.

 Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.

 Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.

Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên.Các loại tác nhân sấy :

Không khí ẩm là một tác nhân sấy phổ biến, phù hợp cho hầu hết các sản phẩm Ưu điểm của việc sử dụng không khí ẩm bao gồm sự sẵn có trong tự nhiên, tính không độc hại và không làm ô nhiễm hay thay đổi mùi vị của sản phẩm sau khi sấy Tuy nhiên, để sử dụng không khí ẩm hiệu quả, cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí, như caloripher điện hoặc khí – hơi Nhiệt độ sấy không nên vượt quá 500°C, vì nếu quá cao, thiết bị trao đổi nhiệt sẽ phải được chế tạo bằng thép hợp kim hoặc gốm sứ, dẫn đến chi phí cao.

Quạt Calorifer Thiết bị sấy

 Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên

1000 0 C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2 ,…

 Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao.

 Hỗn hợp không khí và hơi nước: Tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm tương đối cao.

2.1.7 Ưu nhược điểm của quá trình sấy.

 Hàm lượng nước còn lại trong sản phẩm còn rất ít.

 Không làm thay đổi các tố chất tự nhiên của sản phẩm.

 Bảo quản thực phẩm sấy khô lâu.

 Ứng dụng rộng rãi, rẻ tiền.

Áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy, thiết bị này có dải nhiệt độ rộng và dễ dàng điều chỉnh, phù hợp với từng loại vật liệu Nguồn nhiệt phong phú và chi phí thiết bị hợp lý là những ưu điểm nổi bật.

 Yêu cầu kĩ thuật chế tạo máy, công nghệ sấy khắt khe.

 Kĩ thuật đóng gói phải đảm bảo môi trường đóng gói có độ ẩm thấp

 Bao bì phải dùng là polyetylen, bao lớp nhôm và có chứa nitơ.

 Không thích hợp cho một số loại vật liệu,chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi phí năng lượng cao.

Tổng quan về thiết bị

 Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm.

 Làm việc theo chu kỳ.

 Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không.

 Dung lượng: Từ vài dm 3 → vài m 3 , nhỏ.

Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò, được đốt nóng bằng calorife điện hoặc calorife khí-khói Calorife thường được đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc hai bên sườn của buồng sấy.

Thiết bị buồng sấy có cấu tạo đơn giản và dễ vận hành, không yêu cầu diện tích lớn, nhưng năng suất không cao và khó cơ giới hóa Với vốn đầu tư thấp, thiết bị này rất phù hợp cho các xí nghiệp nhỏ, nơi chủ yếu sử dụng lao động thủ công và chưa có đủ điều kiện tài chính để đầu tư vào các thiết bị sấy có năng suất cao và dễ cơ giới hóa.

 Nhược điểm là năng suất nhỏ.

 Được dùng khá rộng rãi trong công nghiệp, dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục, lát…với năng suất cao, dễ dàng cơ giới hóa.

 Vật liệu sấy được đưa vào và lấy ra gần như liên tục.

Hầm sấy có chiều dài từ 10-15m hoặc lớn hơn, với kích thước chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào kích thước của xe goòng và khay tải vật liệu Hầm được xây dựng bằng gạch đỏ và có thể có hoặc không có lớp cách nhiệt.

 Thiết bị chuyền tải thường là xe goong hoặc băng tải.

 Tác nhân sấy: Chủ yếu là không khí nóng.

Calorife được sử dụng để gia nhiệt không khí, thường là calorife khí-hơi hoặc khí-khói, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước hoặc khói lò Thiết bị này thường được lắp đặt trên nóc hầm sấy và có hai phương pháp đưa tác nhân sấy vào hầm: từ trên xuống hoặc từ hai bên.

Hệ thống máy sấy bao gồm các thành phần như calorife hoặc nguồn nhiệt trực tiếp từ buồng đốt, kết hợp với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị hỗ trợ khác.

Tháp sấy là một cấu trúc hình hộp với chiều cao vượt trội so với chiều rộng và chiều dài, nơi có hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ trong lớp vật liệu sấy Tác nhân sấy, qua kênh dẫn gió nóng, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt và hấp thụ ẩm từ vật liệu, sau đó thải ra ngoài Nhiệt trong tháp sấy được nhận thông qua sự trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân và dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn Quá trình sấy diễn ra khi hạt di chuyển từ trên cao xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zích zắc trong tháp.

 Các loại máy sấy phổ biến : sấy tam giác, sấy tháp tròn, sấy tháp hình thoi.

 Là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu,… có độ ẩm không lớn lắm.

Thiết bị sấy thùng quay là giải pháp hiệu quả cho việc sấy các vật liệu dạng hạt, bột nhão hoặc cục với độ ẩm cao Thiết bị này đặc biệt thích hợp cho những vật liệu khó tự dịch chuyển, mà việc sử dụng thiết bị sấy tháp không mang lại hiệu quả.

 Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là một trụ tròn đặt nằm nghiêng một góc với mặt phẳng nào đó cố định hoặc không đổi.

 Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy

 Tác nhân sấy chủ yếu của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò.

 Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy.

 Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than, cám, cỏ, hoặc rau băm nhỏ, các tinh thể,…

 Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò.

 Phần chính là một ống thẳng, vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống.

 Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy, kích thước, khối lượng riêng của hạt, có thể đạt tới 10-40mm/s.

Nhược điểm của hệ thống này là tiêu tốn năng lượng lớn, đặc biệt là điện năng cho quạt Ngoài ra, việc duy trì điều kiện vệ sinh công nghiệp gặp nhiều khó khăn, và có nguy cơ gây nguy hiểm nếu vật liệu sử dụng có khả năng cháy hoặc nổ.

Tác nhân sấy chính của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò, có thể di chuyển theo cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu cần sấy.

 Thiết bị thùng quay không nên làm việc ở áp suất dương.

2.2.6 Thiết bị sấy tầng sôi

 Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục.

 Ưu điểm: Cường độ sấy lớn có thể đạt hàng trăm kg ẩm/m3

 Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều.

 Nhược điểm : cấu tạo phức tạp.

 Chuyên dùng để sấy các dịch thể Dùng để sấy các sản phẩm dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan…

 Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, là một tháp hình trụ.

Công nghệ sấy khoai lang

Phân loại và gọt vỏ Rửa sạch và để ráo nước Cắt lát dày 3cm Xếp hành vào từng khay

Sấy ở 70°CLàm nguội Đóng gói, bảo quản

Lựa chọn phương pháp sấy và chế độ sấy

Có nhiều phương án sấy khác nhau cho vật liệu, mỗi phương án đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Đối với nguyên liệu cần sấy như khoai lang, chúng ta có thể lựa chọn từ các phương pháp sấy phù hợp với nhu cầu và đặc tính của sản phẩm.

Chọn phương pháp sấy đối lưu, thiết bị dùng là buồng sấy do khối lượng sấy nhỏ, sấy theo chu kỳ từng mẻ một.

Chọn không khí nóng làm tác nhân sấy cho thực phẩm nhằm đảm bảo quá trình sấy sạch sẽ, không bị ô nhiễm hay bám bụi Khay sấy được thiết kế với lưới thép cho phép không khí nóng thổi qua bề mặt khoai lang và xuyên qua khay, giúp tăng tốc độ sấy hiệu quả.

Nguồn nhiệt chính để làm nóng không khí trong buồng là từ calorifer khí – hơi Sau khi quá trình gia nhiệt diễn ra, lượng ẩm sẽ được thải ra môi trường thông qua hệ thống ống khí thải.

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy buồng –Sấy khoai lang

Tính toán các thông số cơ bản của vật liệu

Sau khi sấy, khối lượng khoai lang giảm do mất nước Nếu coi khối lượng chất khô trong khoai lang là không đổi, thì khối lượng giảm đi chính là lượng nước bay hơi.

 Lượng ẩm bốc hơi là :

 Lượng vật liệu đưa vào là :

 Các đại lượng tính trung bình cho 1 giờ là :

 W1 , W2 là độ ẩm trước và sau khi sấy

 G1, G2 là khối lượng khoai lang trước và sau khi sấy

 W là lượng ẩm bôc hơi.

Tính toán quá trình sấy lí thuyết

3.2.1 Trạng thái không khí bên ngoài.( điểm A)

Không khí bên ngoài có nhiệt độ và độ ẩm tương ứng là: t 0 % 0 C, φ 0 %

 Áp suất hơi nước bão hòa ở 25 o C là : p s0 = exp ( 12 - 235,5 4026,24 +t

 Lượng chứa ẩm d0 ( là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô) d 0 = 622 p s0 φ 0 p− p s 0φ0

Entanpy của không khí ẩm là entanpy của không khí khô và hơi nước :

Trong đó : + Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô: Cpk=1,004 kJ/kgK + r là nhiệt ẩm hóa hơi của hơi nước : r %00 kJ/kg

+ Cph là nhiệt dung riêng của hơi nước : Cph=1,842 kJ/kgK

 Khối lượng riêng của không khí khô :

Khối lượng riêng của không khí khô là khối lượng của một thể tích không khí. ρ 0 = p− p s0 φ 0

3.2.2 Trạng thái không khí vào buồng sấy.( điểm B) t1p 0 C; d1=d0=0,0173 kg/kgkk

Từ đó ta xác định được trạng thái không khí sau khi ra khỏi calorifer hay chính là trạng thái không khí vào buồng sấy.

 Áp suất hơi nước bão hòa ở 80 o C là : p s1 = exp ( 12 - 235,5+ 4026,24 t

Trong đó : + p là áp suất của không khí ẩm pt5mmHg333N/m 2

+ ps1 là áp suất bão hòa tại nhiệt độ t1

 Khối lượng riêng của không khí khô: ρ k 1 = p− p s1 φ 1

 Thể tích không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô là: vB= 0,972 m 3 /kg kkk

3.2.3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy.(điểm C)

Entanpy của không khí không đổi : I2=I15,8 kJ/kgkk Chọn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy là 35 0 C

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy là 35 0 C

 Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t25 0 C ps2 = exp ( 12 - 235,5 4026,24 +t

 Lượng chứa ẩm d2 là : d 2 = I 2 −C pk t 2 r +C ph t 2 = 115,8−1,004.35

 Độ ẩm tương đối φ 2 là : φ 2 = d 2 p

 Thể tích không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô là: vC= 0,872 m3/kg kkk

3.2.4 Lượng không khí khô lí thuyết

 Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm tương ứng là: l 0 = 1 d 2 −d 1 = 1

 Lượng không khí bốc hơi trong 1 giờ là :

Theo phụ lục 3- trang 374 - [1], thể tích không khí ẩm chứa 1kg không khí khô trước và sau quá trình sấy là: v B = 0,972 m 3 /kgkk (ở t 1p ℃ , φ 1 =¿8,7% ) và v C 0,872 m 3 /kgkk.(ở t 2= 35 ℃ , φ 2= 85,5%)

 Lượng thể tích của tác nhân sấy tại điểm B là :

 Lượng thể tích của tác nhân sấy

 Lượng thể tích trung bình của quá trình sấy lý thuyết V tb 0:

Trạng thái không khí bên ngoài

Trang thái không khí khi đi vào buồng sấy

Không khí sau khi đi ra khỏibuồng sấy t0% 0 C t1p 0 C t25 0 C φ 0 % φ 1 =8,7 % φ 2 ,5 % d0=0,0173kg ẩm/kgkk d1=0,0173kg ẩm/kgkk d2=0,0315kg ẩm/kgkk

I0i,1 kJ/kgkk I15,8 kJ/kgkk I25,8kJ/kgkk

3.2.5 Nhiệt lượng tiêu hao q 0 =l 0 ( I 1 −I 0 ) p,4.( 115,8−69,1)287,68 ( kg ẩm kJ )

Xác định các kích thước cơ bản của buồng sấy

Khay sấy được làm bằng thép với thiết kế dạng lưới nhằm nâng cao hiệu suất sấy Kích thước khay sấy được chọn sao cho mỗi khay cách nhau 100 mm, trong khi khoảng thông khí giữa hai khay là 70 mm.

Chiều dài khay : Lk0mm

Chiều rộng khay : Bks0mm

Chiều cao khay : Hk0mm

3.3.2 Chọn kích thước xe goong

Chọn xe có kích thước :

Chiều dài xe : Lx0mm

Chiều rộng xe : Bxy0mm

Chiều cao xe : Hx00mm

Bánh xe đường kính d0mm ;4 xe gắn ở 4 góc.

 Mỗi xe đặt 13 khay, theo đó là 26 thanh chữ L để 2 bên để có thể giữ cho khay được cân ta dung thanh chữ L

 Mỗi khay đặt 8,5kg nguyên liệu.

 Số xe goong cần thiết là : n= G 1

Chiều dày thành xe là 20mm

Trong đó : + ∆ L là chiều dài kênh dẫn khí

+ ∆ x là khoang cách giữa 2 xe.

Trong đó : + ∆ B là khoảng cách từ tường đến xe

+ ∆ x là khoảng cách giữa 2 xe.

Với:+ d 0mm là đường kính của bánh xe.

+ d’0mm là khoảng cách giữa mặt đáy của xe và phần trên bánh xe.

+ ∆ H là khoảng cách của vật liệu trên khay trên cùng của xe với trần buồng. Kích thước phủ bì của buồng là :

 Chiều dài phủ bì của buồng là :

 Chiều rộng phủ bì của buồng là :

 Chiều cao phủ bì của buồng là :

Với δ1 = 5mm là độ dày của lớp thép bao bên ngoài, δ2 mm là độ dày của lớp thép bên trong tường buồng sấy, δpu mm là lớp bông thủy tinh cách nhiệt, và δg là độ dày của lớp gạch nền.

 Khối lượng vật liệu trên 1 xe là :8,5.130,5 kg

 Số lượng khay là : 4.13R khay

 Khối lượng xe goong là : 90kg

 Khối lượng xe đã chất vật liệu là : m0,5+90 0,5kg

Tính toán các quá trình sấy thực tế

3.4.1 Xác định các tổn thất

3.4.1.1 Tổn thất do vật liệu mang đi Để tính được tổn thất do vật liệu sấy mang đi thì trước hết ta phải biết được nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy , thường thì thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy 5-10 ℃ , ta chọn chênh lệch 5 ℃ Vậy nhiệt độ vật liệu ra khỏi thiết bị sấy là

Trong đó : + G m : Lượng vật liệu ra khỏi thiết bị.

+ C m : Nhiệt dung riêng của vật lieu ra khỏi thiết bị.

+ t m1 , t m2 , là nhiệt độ ra và vào của vật liệu sấy

+ C n : Nhệt dung riêng của nước

+ W 2 : độ ẩm tuyệt đối của vật liệu ra khỏi thiết bị.

+ C k : Nhiệt dung riêng của vật khô tuyệt đối ( Ck=1,88kJ/kgK)

 Nhiệt dung riêng của vật liệu tra khỏi thiết bị là :

 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi :

3.4.1.2 Tổn thất do thiết bị vẩn chuyển

 Khối lượng xe goong , chọn mxekg Xe làm bằng thép CT3 có nhiệt dung riêng là C=0,5 kJ/kgK

 Vì xe làm bằng thép nên nhiệt độ xe goong ra khỏi buồng lấy bằng nhiệt độ của tác nhân sấy trong buồng : tx2p ℃

3.4.1.3 Tổn thất do tỏa nhiệt vào môi trường

 α 1theo công thức kinh nghiệm

Gọi t w1 , t w2 , là nhiệt độ mặt bên trong và bên ngoài thành tường. t f1 là nhiệt độ trung bình bên trong buồng : t f 1 = 70+ 35

2 R,5 0 C t f2 là nhiệt độ bên ngoài buồng δ : độ dày của tường

Hệ số dẫn nhiệt của tường : λ=0,058(W/m.độ)

Chọn t w1 Q,54 0 C.Chọn chế độ không khí bên ngoài chảy rối.

 Mật độ dòng nhiệt do trao dổi nhiệt giữa tác nhân sấy và mặt trong là : q 1 =α 1 ( t f 1 −t w1 ) ,49 (52,5 −51,54 ),9 ( W m 2 )

 Mật độ dòng nhiệt do đối lưu tự nhiên từ mặt ngoài của tường với môi trường bên ngoài là : q 2 =α 2 ( t w 2 −t f 2 )=2,9.(29,97−25),4 ( m W 2 )

Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân sấy trong buồng và tường là :

 Tổn thất qua tường bao quanh là :

 Tổn thất qua trần là :

Hệ số cấp nhiệt là : 1,3 α 2=1,3.2,9=3,77(W/m 2 K)

Mật độ dòng nhiệt tổn thát qua nền lấy theo kinh nghiệm qnW(W/m 2 )

Qn=3,6.Fn.qn= Qn=3,6.5,4.5708,1(kJ/h)

Cửa hầm sấy được làm bằng hầm thép: 12 = 0,015m , 1 = 0,16 W/m.K, có lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày δp= 0,0075m , 2 = 0,058 W/m.K

 Tổng tổn thất vào môi trường là :

Qmtr=Qxq+Qtr+Qn +QcU3,3+310,1+1108,1+253,9"25,4(kJ/h) q mtr = Q mtr

290 =7,67 ( kg ẩm kJ ) q tổng = q x + q m +q mtr ',9+ 41,34+7,67 v,91 ( kg ẩm kJ )

3.4.2 Tính toán quá trình sấy thực tế

Với : + i2 : entanpy của hơi nước

+ Cph : Nhiệt dung riêng của hơi nước Cph=1,842 kJ/kgK

+ Cpk : Nhiệt dung riêng của không khí khô.Cpk=1,004 kJ/kgK

∆=C a t 0 −q tổng = 4,18.25−76,91 ',59 ( kg ẩm kJ ) i 1 =r +C ph t 1 %00+1,842.70&28,94 ( kJ kg ) i 2 =r +C ph t 2 %00+1,842.35%64,47 ( kJ kg ) d 2 = 1,004 (70−35)+0,0173 (2628,94 −27,59)

 Lượng không khó khô cần thiết bốc hơi 1kg ẩm vật liệu sấy là : l 0 = 1 d 2 −d 1 = 1

 Lượng không khí khô bốc hơi trong 1 giờ là :

3.4.3 Tính toán cân bằng nhiệt

 Nhiệt lượng tiêu hao q: q=l 0 ( I 1 −I 0 ) h,0 (115,8−69,1 )175,6 ( kg ẩm kJ )

 Nhiệt lượng có ích q1 : q 1 =i 2 −C a t m1 %64,47− 4,18.25= 2459,97 ( kg ẩm kJ )

 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi : q 2 =l 0 C pk ( t 2 −t 0 ) h,0 ( 35−25)h0 ( kg ẩm kJ )

 Tổng lượng nhiệt có ích và các tổn thất là : q ' =q 1 +q 2 +q tổng $59,97+ 680+ 76,91216,88 ( kg ẩm kJ )

Tính toán các thiết bị phụ trợ

Chọn Calorrifer

 Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là:

L0: là lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực tế, kg/h

I 0 , I 1: Entanpy của tác nhân sấy trước và sau khi ra khỏi calorifer, kJ/kgkk Vậy Q $68,4 × (115,8 – 69,1)5274,3 kJ/h = 32,02 kW

 Công suất nhiệt của calorifer:

Q cal = n Q cal , kJ/h Trong đó: Q: nhiệt lượng đưa vào buồng sấy, kW hay kJ/h n cal : hiệu suất nhiệt của calorifer, 0,95 ÷ 0,97

 Tiêu hao hơi nước ở Calorifer

Do nhiệt độ tác nhân sấy không quá cao nên ta chọn lò hơi có áp suất bão hòa là 5 bar

Tiêu hao hơi nước ở calorifer D= Q cal i h −i '

Trong đó: i h −¿entanpi của hơi vào calorifer Đây là hơi bão hòa khô ở 5 bar Vậy ih'49 kJ/kg i ' −¿entanpi của nước bão hòa, i ' d0 kJ/kg

 Bề mặt truyền nhiệt của calorifer F được tính theo công thức:

F= Q k × ∆ t cal × n cal tb , m 2 , công thức trang 138– [1]

F: diện tích trao đổi nhiệt, bề mặt phía có cánh, m 2

∆ t tb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hơi và không khí, ℃ k : hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/ m 2 K

Trong bảng 4, hệ số truyền nhiệt và trở lực thủy lực của thiết kế K ∅ về phía không khí được trình bày trên trang 181 – [1] Với k = 20,8 W/m².k, lưu tốc không khí là 4 kg/m².s và trở lực phía không khí là 3,0 mmHg.

 Tính chênh lệch nhiệt độ trug bình ∆ t tb :

Với t s là nhiệt độ bão hòa của hơi nước, tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất 5 bar ta có:

Nhiệt độ hơi bão hòa của hơi nước: t s = 152 ℃

 Bề mặt truyền nhiệt của calorifer:

Dựa vào phụ lục I - bảng 4 – trang 182 - [1], ta chọn caloriferK ∅ 3- Kiểu II

Diện tích tiết diện khí đi qua( m 2 )

Diện tích tiết diện môi chất đi qua( m 2 )

Kích thước(mm) Đường kính ống môi chất vào(dm)

Tiết diện thông khí của calorifer này là f k =0,154 m 2

Chọn quạt cho buồng

Trong hệ thống sấy, quạt đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị như calorifer, máy sấy, đường ống và cyclone Nhiệm vụ chính của quạt là đảm bảo dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy đạt lưu lượng phù hợp với yêu cầu của quá trình sấy.

Năng suất quạt trong thiết bị sấy được xác định bởi thể tích khí lưu thông vào và ra Hai loại quạt phổ biến được sử dụng trong thiết bị sấy là quạt ly tâm và quạt hướng trục.

Khi chọn loại quạt và số hiệu phù hợp, cần xem xét đặc trưng của hệ thống sấy, áp suất cần khắc phục (∆p), năng suất mà quạt phải đảm bảo (V), cùng với nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy.

Khi chọn quạt, giá trị cần xác định là hiệu suất của quạt.

 Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorifer

- Chọn đường ống dẫn làm bằng tôn sơn đỏ có độ nhám ε −4 m

- Vận tốc đường ống là: ω 1 = V 1

VB= 0,844 m 3 /kgkk thể tích không khí trước khi đi vào calorifer (ở t 0 = 25 ℃ , φ 0

→ Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy

Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức : λ 1 =0,1.(1,46 ε d 1 + 100

→ Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là :

 Trở lực trên đoạn ống thẳng từ calorifer đến cút cong :

- Vận tốc đường ống là: ω 2 = V 2

VC=L.vC ¿ 0,972.2468,4#99,3 m 3 h =0,67 m 3 s v C = 0,972 m 3 /kgkk thể tích không khí sau khi đi qua calorifer (ở t 1 = 70 ℃ , φ 1

→ Không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy

Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức : λ 2 =0,1.(1,46 ε d 2 + 100

→ Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là :

 Trở lực tại cút cong

Trong bài viết này, chúng ta xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến trở lực cục bộ và trọng lượng riêng của không khí Cụ thể, trở lực cục bộ được xác định bằng ξ = 0,18, trong khi trọng lượng riêng của không khí được tính theo công thức γ = g ρ, với g = 9,81 m/s² là gia tốc trọng trường và ρ = 1,029 kg/m³ là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ 70 ℃ Cuối cùng, vận tốc của không khí trong ống được ghi nhận là ω = 1,3 m/s.

 Trở lực đoạn ống từ cút cong vào buồng sấy:

 Trở lực đoạn ống kiểu vát vào buồng sấy :

 Trở lực trong buồng sấy:

Buồng sấy có các khay sấy xe goòng song song nhau, mỗi khay xe cách nhau

100 mm, Lk = 0,93m, khoảng thông khí giữa 2 khay là dkp mm

Chọn độ nhám của khay: ε k -6

Vận tốc đường ống là: ωB=2 m/s

 Trở lực cục bộ của xe vào: ∆ p v =ξ v ρ 2 ω B 2

2 =0,37N/m 2 Với ξ v =0,18 trở lực cục bộ xe vào

 Trở lực ma sát trong xe : ∆ p xe =¿λ L k d k ρ 2 ω 2 B

→ Không khí đi trong ống theo chế độ chảy rối

Giá trị hệ số ma sát được tính theo công thức : λ 2 =0,1.(1,46 ε k d 2 + 100

→ Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến calorifer là :

 Trở lực cục bộ của xe ra: ∆ p r =ξ r ρ 2 ω 2 B

2=0,51N/m 2 Với ξ r =0,25 trở lực cục bộ xe ra

 Ap suất động của khí thoát p đ =ρ C ω ra 2

Chọn tốc độ thải khí : ω ra = 5 m/s

2 ,3 N/m 2 Tổng trở lực của hệ thống :

Kết quả ta được tổng tổn thất áp suất thực tế : ∆ p1,61 N/m 2 p tc = ∆ p p tc

Với lưu lượng V'75,85 m³/h và áp suất p tc = 234,81 N/m², chúng ta lựa chọn quạt II/4/70 N0 5 có hiệu suất η = 0,6 và tốc độ quay ω r = 7,5 vòng/phút (theo phụ lục 2 - Thiết kế hệ thống và thiết bị sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, năm 2006).

Công suất của quạt là:

Công suất động cơ chạy quạt là :

1 1,3=0,234 kW #4 W Ở dây quạt nối trực tiếp với động cơ ƞ td =1, hệ số dự phòng φ=1,3