Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta phát triển và đạt được rất nhiều thành tựu đáng kể. Không những đáp ứng đủ nhu cầu tiệu dùng nội địa mà còn bắt đầu xuất khẩu các mặt hàng nông sản cùng các chế phẩm của chúng. Đi cùng với sự phát triển ấy là sự ứng dụng các công nghệ mới đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong đó, công nghệ sấy là khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó yêu cầu thiết bị sấy phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng, dễ sử dụng. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy,…), thiết bị đốt nóng tác nhân (calorife) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân như quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, Cyclon,.. Các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể được gọi là một hệ thống sấy. Hầm sấy là một hệ thống sấy đối lưu có cấu tạo đơn giản và thông dụng nhất. Đây là loại thiết bị dễ sử dụng các phương thức khác nhau như : sấy có tuần hoàn một phần khí thải, sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy, sấy có đốt nóng giữa chừng và sấy bằng khói lò trực tiếp. Sấy nông sản là một quy trình công nghệ phức tạp. Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khác nhau. Tùy loại nông sản mà ta có sự lựa chọn chế độ sấy thích hợp mang lại chất lượng sản phẩm sấy tốt, năng suất cao và tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng. Trong đồ án này, nhóm em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy chuối. Với nhiệm vụ này, nhóm em lựa chọn thiết bị sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Hệ thống này được lắp đặt tại tỉnh Bình Dương với nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình là t = 27oC ; φ = 83%. Đây là lần đầu thực hiện đồ án thiết kế thiết bị sấy đầu tiên nên trong quá trình thực hiện còn nhiều vấn đề bất cập, hạn chế về mặt kiến thức,
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Nguồn gốc
Cây chuối thuộc giới (regnum) Plantae, ngành (divisio) Magnoliophyta, bộ (ordo) Scitaminales, họ (familia) Musaceae, họ phụ (subfamilia ) Musoidae, chi (genus) Musa Chuối dùng để ăn tươi thuộc nhóm Musa sapientum Chúng có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới Chuối được trồng ở ít nhất 107 nước gồm Ấn Độ, Trung Quốc, Malaysia, Việt Nam, các nước Đông Phi, Tây Phi, Mỹ La tinh… Ở Việt Nam, chuối được trồng khắp các vùng từ Bắc tới Nam với mục đích chính là lấy quả làm thực phẩm cho con người
Phân loại
- Chuối tiêu (còn gọi là chuối già).
- Chuối goòng ( hay còn gọi là chuối tây, chuối Xiêm, chuối sứ).
Dưới đây là bảng đặc điểm công nghệ của các loại chuối [10]:
Bảng 1.1Đặc điểm công nghệ của các loại chuối
Khối lượng trái (g) Độ dài trái (cm) Đường kính trái (cm)
Tuy nhiên, loại chuối phù hợp nhất để làm chuối sấy thì cần có bản dầy, chắc thịt, và vị ngọt thanh và loại chuối phù hợp nhất để làm chuối sấy chính là chuối sứ.
Chuối sứ được trồng phổ biến ở nhiều nơi, trái to, ngắn, mập, vỏ mỏng, khi chín vàng tươi, vị ngọt, kém thơm.
Thành phần hóa học và dinh dưỡng
Chuối là loại trái cây giàu chất dinh dưỡng Trái chuối chín chứa 70-80% nước, 20-30% chất khô, chủ yếu là đường, trong đó, đường khử chiếm 55% Hàm lượng protein thấp (1-1,8%) gồm 17 acid amin, chủ yếu là histidin Lipid không đáng kể Acid hữu cơ trong chuối chỉ vào khoảng 0,2%, chủ yếu là acid malic và oxalic, vì thế chuối có độ chua dịu Chuối chứa ít vitamin (carotene, vitamin B1, C, acid panthotenic, acid folic, inositol) nhưng hàm lượng cân đối, ngoài ra còn có muối khoáng, pectin và hợp chất polyphenol. Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lượng calo từ 100 đến 250 calo Có thể nói, chuối là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng, năng lượng và rất tốt cho sức khỏe. Dưới đây là bảng giới thiệu thành phần hóa học [10]:
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của chuối
Chuối lúc còn xanh có hàm lượng tinh bột khá cao, nên ở một số nước châu Phi, chuối được xem là nguồn thực phẩm cung cấp tinh bột Thành phần hóa học của chuối thay đổi đáng kể theo độ chín
Bảng 1.3 Các thành phần hóa học thay đổi theo độ chín
Chỉ tiêu Chuối xanh Chuối ương Chuối chín
Tác dụng của chuối
Chuối là một loại quả rất phổ biến với người Việt Nam Do chúng chứa một lượng đường khá cao cho nên đây thực phẩm giàu năng lượng Bên cạnh đó với các giá trị dinh dưỡng thiết yếu có trong quả chuối đã mang lại một số lợi ích cho sức khỏe.
- Cung cấp một lượng carbohydrate vừa phải (một quả chuối trung bình chỉ cung cấp khoảng 27g carbohydrate) ngay cả những bệnh nhân tiểu đường có thể thưởng thức một nửa trái chuối Chuối cũng không ảnh hưởng tới những người đang có chế độ ăn low – cab.
- Là nguồn cung cấp chất xơ lí tưởng : Một quả chuối cung cấp khoảng 3g chất xơ, tương đương với 10% nhu cầu hằng ngày, giúp đại tràng hoạt động tốt, duy trì cân bằng cholesterol và huyết áp
- Giàu kali giữ vai trò quan trọng đối với hoạt động cơ thể, đặt biệt là hoạt động của tim, thức ăn giàu kali giúp hạ huyết áp.
- Hệ tiêu hóa khỏe mạnh hơn : quả chuối vàng là một nguồn prebiotic dồi dào, là nguồn thức ăn của hệ lợi khuẩn đường ruột.
- Một quả chuối cung cấp một lượng vitamin B6 cần thiết mỗi ngày Vitamin B6 hỗ trợ cho quá trình trao đổi chất, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của não bộ thai nhi và trẻ nhỏ, cũng như sự phát triển của hệ miễn dịch.
Một quả chuối cung cấp khoảng 10mg vitamin C, do đó ăn một quả chuối vào buổi sáng là rất lí tưởng Vitamin C giúp cơ thể chống lại sự tổn hại do gốc tự do gây ra, giúp hệ miễn dịch khỏe mạnh, vết thương mau lành.
Sơ đồ quy trình công nghệ
Mục đích: Nhằm loại bỏ những nguyên liệu bị hư thối, không đáp ứng được cho chế biến
Tiến hành: Cắt rời nải chuối thành từng quả, loại bỏ những quả không phù hợp sản xuất, chọn các quả không bầm dập, sâu thối, chín đúng mức độ.
Nếu quả chưa chín thì màng tế bào cứng, dịch bào ít nên nhiều phế liệu, hàm lượng đường thấp, acid cao nên quả chua.
Nếu quả quá chín thì mô quá mềm và bở, khi sấy sẽ khó khô.
Đối với sản phẩm chuối sấy nguyên quả: chuối cần phân loại theo kích cỡ và chuối phải ở dạng nguyên quả không bị hư hỏng bất cứ phần nào của thịt chuối.
Đối với sản phẩm chuối dạng lát cũng cần phân loại theo kích cỡ, nhưng chuối bị hư một phần nào đó có thể cắt bỏ sau đó cắt lát.
Mục đích: Sử dụng nước sạch để loại bỏ tạp chất, vi khuẩn, chlorine Trong sản xuất người ta dùng nước để rửa, nhằm loại bỏ các tạp chất bụi đất, cát bám xung quanh nguyên liệu đồng thời làm giảm một số lượng đáng kể vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu.
Tiến hành: Nguyên liệu trải qua hai giai đoạn ngâm rồi rửa xối
Ngâm là quá trình làm cho nước thấm ướt nguyên liệu, các chất bẩn hút nước trương lên làm giảm lực bám của nó vào nguyên liệu, quá trình này được hỗ trợ bằng tác dụng cơ học là thổi khí.
Rửa xối là dùng tia xối lên nguyên liệu đã qua ngâm cho bở để kéo các chất bẩn còn lại trên bề mặt nguyên liệu ra Các tia nước phun thường có áp suất 2-3 at Để nước rửa ít bị nhiễm bẩn nhưng vẫn tiết kiệm, nước chảy liên tục vào công đoạn rửa xối để tráng nguyên liệu sau đó tận dụng nước này trong quá trình ngâm cho bở, sau đó nước xả liên tục ra ngoài.
Mục đích: Loại bỏ những phần không ăn được, có giá trị dinh dưỡng thấp không phù hợp cho quá trình sản xuất như vỏ, cuống…
Tiến hành: Quá trình bóc vỏ được thực hiện bởi công nhân dùng dao để bóc vỏ chuối chạy trên băng chuyền.
Mục đích: Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không được loại bỏ sẽ làm chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì.
Tiến hành: Để loại bỏ lớp bột này, ta xoa chuối bằng tay trong chậu nước chứa khoảng 3 kg chuối/3 lít nước, mỗi mẻ cần 2-3 phút Việc chọn hóa chất để hỗ trợ công việc này nhằm 2 mục đích:
Giảm thời gian thao tác
Cải thiện màu sản phẩm
Hóa chất được chọn phải rẻ, không độc, không gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hưởng thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là HCl 0,05% và Al2(SO4)3 0,5%
Mục đích: Đáp ứng yêu cầu của sản phẩm là dạng lát Giúp rút ngắn thời gian sấy, tiết kiệm chi phí.
Tiến hành: Chuối sau khi được rửa sẽ được đem đi cắt lát Bằng thiết bị cắt lát Lát chuối được cắt tròn hoặc theo chiều dài của quả chuối, khoảng 5-7mm Công đoạn cắt lát chỉ áp dụng cho mặt hàng chuối sấy khô dạng lát.
Mục đích: Nhằm đạt được chỉ tiêu về công nghệ và cảm quan, mùi vị cho sản phẩm và giúp bảo quản sản phẩm lâu hơn.
Tiến hành: Chuối được xếp vào khay rồi đem đi sấy Sấy chuối bằng thiết bị sấy hầm, là một trong những hệ thống sấy đối lưu phổ biến nhất Thực hiện chế độ sấy bán liên tục, phương pháp trao đổi nhiệt là đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc dùng quạt.
Chuối được chứa trong khay và vận chuyển bằng xe goòng, tác nhân sấy sẽ đi xuyên qua các lỗ của khay để xuyên qua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt- ẩm.
Mục đích: Nhằm loại bỏ những quả chuối không đạt yêu cầu, như bị cháy, chưa đạt chỉ tiêu cảm quan hay độ ẩm, chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo.
Tiến hành: Công đoạn này được thực hiện bởi công nhân Chuối sau khi sấy được chuyển đi trên băng chuyền sau đó công nhân tiến hành loại bỏ những quả không đạt chất lượng.
Xử lý tia tử ngoại
Sau khi sấy chuối được làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo nhất định ( do sấy đến độ ẩm dưới 20%) rồi mới đóng gói Thời gian này thường từ vài giờ đến vài ngày Trong môi trường khí quyển thông thường và không thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật, nhiều cơ sở đã sử dụng tia cực tím để diệt khuẩn đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm. Đóng gói
Mục đích: Hoàn thiện sản phẩm, thuận lợi cho việc bảo quản và phân phối sản phẩm ra thị trường tiêu thụ,
Tiến hành: Chuối sau khi xử lý tia tử ngoại thì tiến hành đóng gói sản phẩm dùng vật liệu plastic
Mục đích: Bảo quản chuối sau khi đóng gói, chuẩn bị cho công đoạn phân phối ra thị trường
Tiến hành: Chuối sau khi đóng gói được chất lên các xe vận chuyển đến kho bảo quản Bảo quản ở nhiệt độ mát, độ ẩm thấp.
Tính chất vật lý cơ bản của chuối
− Nhiệt dung riêng: c = 3,35 kJ/kg.độ [14]
− Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,52 W/m.độ
− Kích thước của quả chuối: đường kính 2 – 5 cm
− Độ ẩm vật liệu sấy:
Độ ẩm của chuối trước khi đem vào sấy: ω1 = 65 %
Độ ẩm của chuối sau khi sấy: ω2 = 10 %
− Nhiệt độ sấy cho phép: t = ( 60 ÷ 90) ° C
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY
Khái niệm chung
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường có tần số cao.
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm… bằng phương pháp bay hơi nước Đối tượng của quá trình sấy là các vật liệu ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định Chất lỏng chứa trong vật liệu ẩm thường là nước, một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ
Như vậy muốn sấy khô một vật liệu ẩm yêu cầu các biện pháp kỹ thuật sau :
- Gia nhiệt cho vật để đưa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phần áp suất của hơi nước trên bề mặt vật.
- Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể.
- Vận chuyển hơi ẩm đã thoát ra khỏi vật thể vào môi trường.
Phân loại quá trình sấy
Phân biệt sấy tự nhiên và sấy nhân tạo :
- Sấy tự nhiên : Vật liệu được làm khô tự nhiên trong môi trường trong nhà hoặc ngoài trời nhờ tác nhân chính là nắng và gió…Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu.
- Sấy nhân tạo : Nhiệt lượng từ bên ngoài được cung cấp cho quá trình sấy, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.
Trong phương pháp sấy nhân tạo, ta phân loại thành:
Dựa vào phương thức truyền nhiệt từ tác nhân vào vật liệu ẩm thì trong kỹ thuật sấy cũng chia ra :
+ Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân truyền nhiệt Tác nhân truyền nhiệt thường là không khí hoặc hơi đốt từ lò…
+ Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
+ Sấy tầng sôi : Nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài.
+ Sấy phun : Được dùng để sấy các sản phẩm lỏng.
+ Bức xạ : Sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm.
+ Sấy tia hồng ngoại : Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
+ Sấy bằng dòng điện cao tần : Là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
+ Sấy thăng hoa : Là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng.
Quá trình sấy có thể sử dụng một hoặc các cách truyền nhiệt trên kết hợp lại với nhau Ba phương pháp cuối và rất hạn chế sử dụng trong công nghiệp Thông dụng nhất trong công nghệ sấy vẫn là dạng đối lưu và tiếp xúc.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó đã bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi gian đoạn nào chậm nhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ẩm ra bề mặt vật liệu sấy
Dựa vào tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy :
+ Sấy mẻ : vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất quá trình sấy và được tháo ra.
+ Sấy liên tục : việc cung cấp vật liệu và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy xảy ra liên tục.
Dựa vào sự chuyển động tương đối giữa dòng khí sấy và vật liệu ẩm :
+ Loại thổi qua bề mặt.
+ Loại thổi xuyên vuông góc lớp vật liệu.
Dưới đây là sơ đồ phân loại một số dạng thiết bị sấy [3]:
Sơ đồ phân loại các loại thiết bị sấy Ở đồ án này, nhóm chọn phương pháp sấy đối lưu và thiết bị là hầm sấy cho nguyên liệu chuối.
Ý nghĩa của quá trình sấy
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt, đây là phương pháp bảo quản bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng Độ ẩm của thực phẩm sẽ được giảm đến mức cần thiết ở đó vi khuẩn, nấm
Dẫn nhiệt Đối lưu Bức xạ Đối lưu
Hồng ngoại Hồng ngoại mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của vật liệu.
Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt vào trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật liệu sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật liệu sấy ra ngoài môi trường. Các quá trình truyền nhiệt truyền chất xảy ra cùng lúc trên vật liệu sấy, chúng quá mối tương tác qua lại lẫn nhau.
Như vậy mục đích và ý nghĩa của quá trình sấy chuối có thể tóm tắt lại như sau :
Giảm độ ẩm của chuối đến một độ ẩm thích hợp nhằm bảo quản và đóng gói thuận lợi, dễ sử dụng.
Bản chất của quá trình sấy làm giảm hoạt độ nước Thông qua quá trình sấy dưới tác dụng của nhiệt độ cũng như việc giảm hoạt độ của nước khả năng kháng nhiệt của vi sinh vật sẽ giảm đi đáng kể do đó vi sinh vật bị ức chế, đồng thời giảm thiểu tổn chất dinh dưỡng có sẵn trong chuối.
Cố định hình dáng cho lát chuối.
Chọn chế độ sấy
Khi sấy ngược chiều, vật liệu ra sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao, dễ làm cho sản phẩm bị biến tính, giảm các chất dinh dưỡng sẵn có trong chuối và làm thay đổi màu sắc Do đó những vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao sẽ sử dụng chế độ sấy ngược chiều Ở đây ta sẽ sử dụng sấy cùng chiều cho nguyên liệu chuối.
Chọn thời gian sấy
Trong quá trình tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy, thời gian sấy là thông số đặc biệt quan trọng cần chú ý.
Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : loại vật liệu sấy, hình dạng, kích thước hình học của vật liệu sấy, độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt chế độ sấy Do đó việc xác định thời gian sấy bằng giải tích gặp nhiều khó khăn.
Vì vậy, trong tính toán thực tế các thiết bị sấy thời gian được xác định dựa trên thực nghiệm và cả kinh nghiệm vận hành.
Tuy nhiên trong nghiên cứu các loại sấy mới và để sấy các vật liệu sấy mới khi chưa có kinh nghiệm người ta phải dựa vào lý thuyết giải tích hoặc nửa giải tích nửa thực nghiệm để tính toán thời gian sấy.
Nguyên tắc xác định thời gian sấy bằng giải tích :
+ Xây dựng mô hình vật lý phù hợp với vật liệu cần sấy và với một thiết bị sấy nào đó phù hợp với phương pháp cấp nhiệt và chế độ sấy.
+ Từ mô hình vật lý thiết lập mô hình toán học của bài toán truyền nhiệt truyền chất nghĩa là viết hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất cùng với các điều kiện đơn trị tương ứng Trong hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất phải thể hiện mô hình vật lý một cách toàn diện, chính xác nhưng cũng lược bỏ những nhân tố phụ để mô hình toán học đơn giản và có thể giải được.
+ Giải mô hình toán học để xác định thời gian sấy.
Vì cả hai mô hình vật lý và toán học đã được lược đi một số yếu tố nên thời gian sấy xác định bằng giải tích sẽ sai khác với thực tế, do đó cần phải trải qua thực nghiệm để điều chỉnh cho phù hợp.
Một số yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy
Tốc độ sấy phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu sau :
- Bản chất của vật liệu sấy như cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm…
- Hình dạng vật liệu sấy : kích thước mẫu sấy, bề dầy lớp vật liệu…Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.
- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu sấy.
- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí.
- Chênh lệch giữa nhiệt dộ đầu và nhiệt dộ cuối của không khí sấy, nhiệt dộ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng. Nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt.
- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy.
Nhiên liệu sử dụng
Trong hệ thống sấy này nhiên liệu được sử dụng là hơi khí nóng, khí nóng được thổi trực tiếp vào hầm sấy.
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Các thông số ban đầu
Độ ẩm ban đầu của chuối: ω1 = 65%
Độ ẩm cuối của chuối: ω2 = 10%
Nhiệt độ chuối vào hầm: t 0 ' 0 C (tỉnh Bình Dương) [2]
Nhiệt độ chuối trong hầm: t 1 p 0 C
Nhiệt độ chuối ra hầm: t 2 5 0 C
Độ ẩm tương đối của không khí: φ 0 % [2]
Khối lượng riêng của chuối: ρ = 977 kg/m 3
Nhiệt dung riêng của chuối: C = 3,35 kJ/kg.độ [14]
Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,52 W/m.độ
Đường kính lát chuối: 2-5cm
Tính toán quá trình sấy lý thuyết
Hình 3.2 Sơ dồ sấy lý thuyết
Các ký hiệu của đại lượng:
G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/mẻ)
Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/mẻ) g: lượng ẩm trong vật liệu (kg)
W1, W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%) W: độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/mẻ)
L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/mẻ) d0: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk) d1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk) d2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)
Trạng thái A: Trạng thái ngoài không khí
Giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của tỉnh Bình Dương:
Áp suất bão hòa của của không khí ở trạng thái ngoài không khí p bh 0 = exp (12- 235,5 4026,42 +t o ) = exp ( 12 - 235,5 4026,42 +27 ¿=¿ 0,035 (bar) = 3500 N/m 2
Hàm ẩm của không khí ở trạng thái ngoài không khí d 0 =0,621 φ 0 p bh 0
Enthapy của không khí ở trạng thái ngoài không khí
I o =C k × t o +d o ( r+ C h ×t o ) [6] ở đây: C k ≈1,004kJ/kgkkk là nhiệt dung riêng của không khí khô
C h ≈1,84kJ/kgkkk là nhiệt dung riêng của hơi nước r ≈2500kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi của nước
Áp suất riêng phần của hơi nước ở trạng thái ngoài không khí
Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái ngoài không khí
Thể tích riêng của không khí ở trạng thái ngoài không khí ở t o = 27 o C v o = R ×T
T: nhiệt độ của không khí, o K
Trạng thái B: Trạng thái sau caloriphe
Không khí được đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1=do) đến trạng thái B (d1,t1) Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào hầm sấy Ta có:
B { Độchứa ẩm tác nhân sấy vào hầm d t 1 p o C 1 =d o =0,019kg ẩm/kgkkk
Áp suất bão hòa của không khí ở trạng thái sau caloriphe
Enthapy của không khí ở trạng thái sau calorifer
Độ ẩm tương đối của không khí ở trạng thái sau caloriphe φ 1 = P × d 1
Áp suất riêng phần của không khí ở trạng thái sau caloriphe
Khối lượng riêng của không khí của trạng thái sau caloriphe
Thể tích riêng của của không khí ở trạng thái sau caloriphe ở t 1 = 70 o C v 1 = R × T
Trạng thái C: Trạng thái ra ngoài hầm sấy
Enthapy của không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy
Áp suất bão hòa của không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy
Hàm ẩm của không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy
Độ ẩm tương đối của không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy φ 2 = P × d 2
Áp suất riêng phần không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy
Khối lượng riêng của không khí của trạng thái sau khi ra khỏi hầm sấy
Thể tích riêng của không khí ở trạng thái ra ngoài hầm sấy ở t 2 = 35 o C v 2 = R × T
Từ các tính toán trên ta có được các số liệu sau:
→ Độẩm này thỏa mãnđiều kiện85 %≤ φ 2 ≤90%
Bảng 3.4Các thông số của ba trạng thái
Các thông số Trạng thái A
P (mmHg) 21,75 2900,03 4999,99 φ (%) 83 9,5 88,4 ρ K (kg/m 3 ) 1,15 1,01 1,124 d (kg/kgkkk) 0,019 0,019 0,033 v (m 3 /kgkkk) 0,9 1,006 1,82
Xác định thời gian sấy
Ta có: t 1 =t k p 0 C , φ 1 =9,5 %, t ư =¿33 0 C , Ph = 68 0 C(Tra đồ thị I-d)
Chọn vận tốc tác nhân sấy trong hầm sấy là: v = 2,5 m/s α P =0,0229+0,0174× v=0,0229+0,0174×2,5=0,0664kg/m 2 mmHg
(Công thức 1.19, trang 26, [8]) ¿(70−33)×(6,5−0,0006×68)#9mm H 2 O,58mmHg
Tốc độ sấy đẳng tốc:
Với f: bề mặt riêng của chuối ρ0: khối lượng riêng của chất khô (ρ07 kg/m 3 )
Rv: kích thước bên trong vật liệu sấy
Trong đó: d là đường kính của lát chuối (d = 0,04m) h là bề dày của lát chuối (h = 0,0015m)
977×7×10 −4 1,08 %h Chọn độ ẩm cân bằng: ωmax cb =8 % Độ ẩm của vật liệu tính theo vật liệu khô (VLK):
+ Độ ẩm ban đầu: ωmax 1 ' = ωmax 1
100−656 %+ Độ ẩm ra: ωmax 2 ' = ωmax 2
+ Độ ẩm tới hạn: ωmax th =ωmax 1 '
+ Thời gian sấy đẳng tốc: τ 1 =ωmax 1 ' −ωmax th
+ Thời gian sấy giảm tốc: τ 2 =ωmax th −ωmax cb
N ×lnωmax th −ωmax cb ωmax 2 ' −ωmax cb 1,33−8
+ Thực tế chuyển động sấy trong vật liệu không đồng đều nên thời gian sấy lý thuyết cần tăng lên 1,5 đến 2 lần chon A = 1,7 τ = A.( τ 1+ τ 2) = 1,7 (0,4 + 2) = 4h
Tính cân bằng vật chất
Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Các đại lượng được tính của 1 mẻ trong quá trình sấy 4h
Tiêu hao không khí lý thuyết
Lượng không khí khô tổn thất
Lượng không khí cần làm bay hơi 1 kg ẩm l o =L o
Lưu lượng thể tích đi vào hầm
V 1 =L o × v 1 9285,71×1,0069521,42m 3 h [4] Lưu lượng thể tích ra khỏi hầm
V 2 =L o × v 2 9285,71×1,82q499,99m 3 h [4] Lưu lượng thể tích trung bình
Tính toán cân bằng năng lượng
Nhiệt lượng tiêu hao riêng để tách 1kg ẩm cho toàn máy sấy: q0 = l0(I1 – I0) = 71,43 × (120,23 – 75,55) = 3191,49 kJ/ kg ẩm [9]
Nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy:
Tính toán thiết bị chính
Chọn khay sấy bằng nhôm có kích thước Bk x Lk x Hk là 1200 x 1200 x 20 (mm)
Khay có chừa mép để thuận tiện cho việc di chuyển khay, mỗi mép khay 20mm
Trên khay có đục lỗ phía đáy đê nâng cao hiệu suất sấy, mỗi lỗ có đường kính 10mm. Khoảng cách giữa 2 lỗ là 10mm
Khoảng cách tâm lỗ với thành khay là 10mm.
Gọi x là số lỗ trên 1 hàng:
Số lỗ trên 1 khay: x.x = 58.58 = 3364 lỗ.
Diện tích nhôm của 1 khay = diện tích khay – diện tích lỗ = 1,3456 – 0,264 = 1,0816 m 2
Chọn xe goòng được làm bằng thép, mỗi xe có kích thước Bx x Lx x Hx là 1250 x 1250 x
Chiều cao sàn xe: 150 mm
Khoảng cách giữa 2 khay: 100mm
Số khay trong một xe: ( 1,5−0, 150,1 ) −1 khay
Chọn khối lượng vật liệu trên một khay là 20 kg
Diện tích khay sấy trên một xe: 1,3456 x 13 = 17,493 m 2
Khối lượng vật liệu sấy trên 1 xe: 20 x 17,493 = 350 kg
Số xe goòng cần thiết: n= 350 900 =2,57 ≈ 3 xe Để xe goòng dễ dàng đi ra khỏi hầm sấy chọn khoảng cách giữa xe goòng và tường hầm là 50mm
Chiều rộng hầm: Bh = Bx + 2 x 50 = 1250+2.50 50 mm
Chiều dài hầm: Lh = n L x + 20 + Lbs = 3 1250 + 200 + 1000 = 4950 mm
Trong đó: Lbs là chiều dài bổ sung thêm để bố trí hai đầu xe, mỗi đầu 500mm Chọn Lbs 1000 mm.
Khoảng cách giữa các xe là 10mm.
Chiều cao hầm: Hh = Hx + 50 = 1500mm
Kích thước phủ bì hầm sấy:
Chiều rộng phủ bì: Tường hầm sấy được xây bằng gạch có bề dày 1 = 250mm
Chiều cao phủ bì: Trần hầm sấy được đổ bê tông có bề dày 2 = 70mm, có lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh có bề dày 3 = 150mm
Tính toán nhiệt hầm sấy
3.8.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống với sản phẩm sấy là nông sản thực phẩm thì sản phẩm sấy (SPS) đi ra khỏi thiết bị sấy (TBS) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của TNS đi vào từ 5÷10 0 C Do đó, VLS đi ra có nhiệt độ là tv2 = 70 o C – 10 o C = 60 o C.
Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt môi trường ở tỉnh Bình Dương: tv1 = 27 o C
Cv = Cvl (1- w 2)+Ca w 2 (kJ/kgK) (trang 103, [6])
Ca : Là nhiệt dung riêng của nước
Cvl : Là nhiệt dung riêng của chuối
Nhiệt dung riêng của chuối ra khỏi hầm:
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi là: q v =G 2 C v (t v2−t v 1)
3.8.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải
Tổn thất do xe goòng mang đi q x
Xe gòong được làm bằng thép CT3 với khối lượng G x = 350 kg, C x = 0,5 kJ/kgK Do đó: qx = n G x C x ( t 1−t v1 )
W τ (Trang 103, [6]) qx = 3.350.0,5 550 4 (70−27) A,05 kJ/kg ẩm
Tổn thất do khay mang đi q k
Khay làm bằng nhôm có đục lỗ với Gk = 13kg, Ck = 0,86 kJ/kg Như vậy: qk = 12.n G k C k (t 1 −t v 1 ) τ W 3.13 0,86.(70−27)
Tổn thất do thiết bị truyền tải là: qTBTT = qx + qk = 41,05 + 7,87 = 48,92 kJ/kg ẩm (Trang 103, [6])
3.8.3 Tổn thất ra môi trường
Vận tốc tác nhân sấy trong hầm sấy là: v = 2,5 m/s
Do khí đối lưu cưỡng bức và v ≤ 5 m/s nên ta có công thức sau: α 1 = 6,15+ 4,17.v = 6,15 + 4,17.2,5 = 16,575 W/m 2 K (Công thức 6.7, Trang 73, [6])
Bằng phương pháp lặp giả thuyết trước nhiệt độ tường phía trong tw1 và tính được dòng nhiệt q truyền qua tường Từ dòng nhiệt này ta tìm được nhiệt độ mặt truyền nhiệt bằng đối lưu giữa tác nhân với tường trong q’ và dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài của tường vào môi trường q” sai khác nhau không quá 10% thì kết quả tính toán là chấp nhận được. t tb =t f 1 =t 1 +t 2
Chọn t w 1 với sai số không quá 10% so với ttb nên chọn t w 1 I,6 o C
Nhiệt độ mặt truyền nhiệt bằng đối lưu giữa tác nhân với tường trong q’ q ' =α 1 ×(t tb −t w 1 ),575×(52,5−49,6)H,07 W/m 2
(Công thức 6.10, trang 74, [6]) Trong đó: tw1 là nhiệt độ mặt trong của tường hầm sấy tw2 là nhiệt độ mặt ngoài của tường hầm sấy λ1 là hệ số dẫn nhiệt của gạch, λ1= 0,77 W/m 2 độ δ1 là bề dày của tường δ1= 0,25 m
Dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài của tường vào môi trường q’’ q ,, =α 2 ׿ W/m 2
Vì sai số nhỏ hơn 10% nên mọi kết quả đều được chấp nhận
Hệ số trao đổi nhiệt của tường bên k tb = 1
Tường bên có kích thước
Tổn thất do 2 tường bên: q tb =3,6× k tb × F tb ×( t f 1−t f 2 )
Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và trần k tr = 1
Hệ số trao đổi nhiệt qua cửa hầm:
Tổn thất qua 2 cửa hầm sấy Cửa hầm sấy được làm bằng thép có chiều dày δ4 10mm và hệ số dẫn nhiệt λ4 = 0,5 W/m 2 k k c = 1
Cho cửa có kích thước: Hc ×Bc : 1500mm × 1350mm
Tổn thất nhiệt qua cửa hầm:
Hệ số trao đổi nhiệt giữa lớp cách nhiệt và cửa hầm sấy
Lớp cách nhiệt được làm bông thủy tinh có bề dày 5 = 150mm và hệ số dẫn nhiệt λ 5 =0,058. k cn = 1
Tổn thất nhiệt qua lớp cách nhiệt
Cho lớp cách nhiệt có kích thước: B cn × L cn 00×1500
F cn =B cn × L cn =1,2×1,5=1,8m 2 q tr =3,6×k cn × F cn ×( t f 1−t f 2 )
Tính toán tổn thất qua nền
Giả thiết hầm sấy xây cách tường bao 2m Khi đó với tf1= 52,5℃.
Ta có: q6,18W/m 2 (Tra bảng 6.1, trang 74, [6])
Tổn thất qua nền là q n =3,6×q × F n
550 =1, 47 kJ/kg ẩm (Công thức 6.13, trang 74, [6])
Tổng tổn thất ra môi trường: q mt =q tb +q tr +q c +q n =4,2+0,43+3,5+1,79=9,92 kJ/kg ẩm (Trang 104, [6])
Tổng tổn thất nhiệt của thiết bị sấy Δ: ΔP=C a × t v1 −q v −q TBTT −q mt (Trang 104, [6]) ¿4,18×27−72,093−48,92−9,92=−18,073 kJ/kg ẩm
Tính toán quá trình sấy thực tế
Độ chứa hơi của quá trình sấy thực: d 2t
Ta có: d1=d0= 0,019 kg/kg kkk (vì đang trong quá trình gia nhiệt )
C pk ≈1,004kJ/kgkkk là nhiệt dung riêng của không khí khô
C ph ≈1,84kJ/kgK là nhiệt dung riêng của hơi nước r ≈2500kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi của nước
Entapy ra khỏi thiết bị sấy:
Độ ẩm tương đối của không khí φ 2 = p × d 2
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm sấy thực l= 1 d 2 ' −d o = 1
Lượng không khí khô thực tế:
Thể tích tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy:
Thể tích tác nhân sấy sau khi vào hầm sấy:
Lưu lượng thể tích trung bình đi vào hầm:
Tốc độ của thể tích trung bình đi vào hầm :
Tiết diện tự do của tác nhân sấy nóng đi trong hầm là: Ftd = FH - FX
Tiết diện của xe goòng (2 thanh thẳng đứng 201500 mm, 20 thanh nằm ngang 201250 mm): FX = 2.0,02.1,5 + 20.0,02.1,25 = 0,56 m 2
Tiết diện của hầm sấy (13504600mm) : FH = 1,35 4,6 = 6,21m 2
Tiết diện tự do : Ftd =6,21– 0,56 = 5,65 m 2
Tốc độ chuyển động của tác nhân sấy trong hầm là: v = F V td = 15,42 5,65 = 2,3 m/s
→ Tốc độ này xấp xỷ tốc độ đã giả thiết 2,5 m/s nên mọi tính toán có thể chấp nhận được.
Thiết lập bảng cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng tiêu hao q tt =l ×( I 1−I o )q,43 × (120,23 −75,55 )191,49 kJ / kg ẩm
- Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1kg ẩm: q 1 =i 2 −C a × t v1 %64,4−4,18×27$51,54kJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt được TNS mang đi q2, nếu sử dụng khái niệm nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(do) theo công thức (7.17), nhiệt lượng này bằng q 2 =l× C dx ( d o ) × ( t 2−t 0 )q,43 × 1,039× (35−27 )Y3,73 kJ / kg ẩm
- Tổng nhiệt lượng theo tính toán q’ q ' =q 1 +q 2 +q v +q TBTT +q mt ¿2451,54+593,73+72,093+48,92+9,92176,203kJ/kg ẩm
Nhiệt lượng caloriphe cần cung cấp q: q= L
Có thể thấy rằng nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q ' phải bằng nhau Tuy nhiên do trong quá trình tính toán nhóm đã làm tròn hoặc sai số trong các tính toán các tổn thất mà nhóm đã phạm phải một sai số nào đó Nhóm đi kiểm tra sai số này Ở đây sai số tuyệt đối ∆ q=q−q '
Do ε ≤ 5 %nên sai số này nằm trong phạm vi cho phép nên mọi tính toán đều có thể chấp nhận được.
Bảng 3.5Bảng cân bằng nhiệt
STT Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm
3 Tổn thất do VLS qv 72,093
4 Tổn thất do TBTT qct 48,92
5 Tổn thất ra môi trường qmt 9,92
6 Tổn thất nhiệt do tính toán q’ 3176,203
7 Tổn thất nhiệt lượng tiêu hao q 3191,43
Hiệu suất nhiệt thiết bị sấy: η=q 1 q , ×100 %= 2451,54
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
Tính chọn caloriphe
Do yêu cầu về chất lượng của sản phẩm chuối sau khi sấy nên phải dùng tác nhân sấy là không khí nóng
Không khí đi qua caloriphe nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hòa qua thành ống Không khí dùng để sấy có nhiệt độ là 70 o C ,chất truyền nhiệt là hơi nước bão hòa
Thiết bị chọn là loại ống chùm không khí đi ngoài ống, hơi nước đi trong ống. Nhiệt lượng caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy
Với năng lượng cung cấp là hơi nước bão hòa do đó ta sẽ thiết kế một caloriphe kiểu khí hơi ống cánh Với nước bão hòa ngưng trong ống và tác nhân sấy là không khí nóng chuyển động bên ngoài của các chùm ống nhận nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu.
Trong thiết kế này ta chọn caloriphe là loại ống bằng thép có cánh bằng nhôm tấm mỏng:
Hệ số dẫn nhiệt: λ 0 = 46 W/m độ (Phụ lục V, trang 271, [7])
Đường kính ngoài: d ng = 32 mm
Đường kính trong: d tr = 30 mm
Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s 1 = 90 mm, s 2 = 55 mm
Hệ số dẫn nhiệt: λ c = 200 W⁄m độ (Phụ lục V, trang 271, [7])
Số cánh trên một ống: n c = l t c +δ c =1,2×1000
Chiều cao của cánh: h c =d c −d ng
Tổng chiều dài của cánh trên ống: l c = n c × δ c = 114 × 0,5 = 57 (mm)
4.1.2 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình
Với yêu cầu của hệ thống sấy cần nâng nhiệt độ của tác nhân sấy từ 27℃ lên lên
70℃ lên do vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra ta chọn nhiệt độ của hơi bão hòa là t b = 100℃ lên.
∆ t tb =∆ t max −∆ t min ln( ∆t ∆t max min ) s−30 ln( 7330)
4.1.3 Tính kích thước xác định
Diện tích phần ống không làm cánh:
Diện tích các cánh trên một ống:
Kích thước xác định: d xd F 0 × d ng +F 1 × √ 2× n F 1 c
4.1.4 Tốc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất ωmax max
Giả sử tốc độ không khí vào caloriphe ω = 2 m/s ωmax max = ωmax
4.1.5 Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng
Nhiệt độ trung bình không khí: t tb =1
(Tra bảng ở phụ lục 9, trang 234, [12]) với t tb H,5℃≈50℃ta được: λ=2,83×10 −2
4.1.6 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh (Trang 89, [7]) α c =Nu× λ d xd G,3×2,83×10 −2
(Tra biểu đồ 2 – 31 trang 109, [13]) được η c =0,95
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương α 2 =α c × F 1
Hệ số làm cánh ε c =1+n c × ( d c 2−d ng 2 )
4.1.7 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi hơi ngưng trong ống
(Tra bảng I.249, trang 310, [4]) với t m ,85℃≈100℃ta có: λh,2×10 2 W/m.độ, v=0,295×10 6 m 2 /s, ρ8,4kg/m 3
Tra bảng nhiệt độ và áp suất của hơi bão hòa với t b 0℃ ta có r "58,4 kJ/kg α 1=0,72× √ 4 v × ρ × g × λ ( t b −t w 3 ) × r ×d tr ¿0,72× √ 4 958,4 ×9,81 0,295× × ( 10 68,2 6 × ×10 0,3× 2 ) 3 0,03 × 2258400 = 28734,84(W / m 2 độ)
Kiểm tra lại độ chênh lệch ( t b −t w )
Mật độ dòng nhiệt truyền qua caloriphe q c =k c × ∆t tb 2,63×51,66s68,27W/m 2
Về nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt truyền qua caloriphe phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngưng:
28734,84=0,26≈0,3 Vậy chọn ( t b −t w ) = 0,3℃ là hợp lý
Diện tích bề mặt bên trong các ống
Số ống cần thiết n= F tr π ×d tr ×l= 38,7 π ×0,03×1,242,2≈342ống
Chọn số hàng z = 19 → Số ống cho một hàng m= n z = 342 19 ống
Quạt
Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: caloriphe, máy sấy, đường ống, Năng lượng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suật động học để di chuyển và một phần để khắc phục trở lực trên đường ống vận chuyển.
Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy.
Năng suất của quạt được tính theo công thức:
L = 39285,71 kgkkk/h là lưu lượng không khí khô
A,B,C là trạng thái của không khí vào caloriphe, khi vào hầm sấy và khi ra khỏi hầm sấy ρ A , ρ B , ρ C là khối lượng riêng của không khí ứng với trạng thái trên v A , v B , v C là độ nhớt động học của không khí ứng với trạng thái trên
Q A , Q B , Q C là năng suất của quạt ứng với các trạng thái trên của không khí
Bảng 4.6 Bảng trạng thái không khí
Trạng thái không khí do ma sát t ( o C) ρ (kg/m 3 ) V (m 2 /s) Q (m 3 /h)
Chọn ống dẫn đầu ra của quạt có đường kính d = 0,9 m (bảng I.255, trang 318, [4])
Tiết diện mặt cắt ngang của ống dẫn: f 0 =π × d 2
Vận tốc của dòng khí ra khỏi quạt:
Tra bảng ta thấy vận tốc dòng khí trong ống phù hợp với bảng tra vận tốc của dòng khí ra khỏi quạt từ 4 đến 15 m/s nên ta chọn d = 0,9 m (bảng II.2, trang 370, [4])
Ta chọn độ dày thành ống t = 19,1mm theo tiêu chuẩn độ dày SCH 40 [15].
Trở lực do áp động đầu ra của quạt:
2 8,54N/m 2 ξ=1,1 là hệ số trở lực (Bảng 3.1, trang 141,[7])
Trở lực từ quạt đến caloriphe:
Chiều dài ống dẫn từ quạt đến caloriphe l = 1,5m Trở lực do ma sát từ quạt đến calorife
Xác định các chỉ số:
Vì ℜ≥4000 : chế độ chảy rối Trong hệ độ được chia làm 3 khu vực :
Khu vực nhẵn thủy lực: lớp màng chảy dòng phủ kín gờ nhám của ống, do đó độ nhàm không có ảnh hưởng đến hệ số ma sát Được xác định như sau:
Reynold giới hạn: ε =0,08 mm là độ nhám tuyệt đối của ống dẫn loại ống mới không hàn
(ống nguyên) (Bảng II.15, trang 318 ,[4]).
(Công thức II.60, trang 378, [4]) Khu vực nhám: là chiều dày của lớp màng dòng chảy nhỏ hơn gờ nhám Trong khu vực này hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào độ nhám, không phụ thuộc vào chuẩn số Reynold Được xác định theo công thức:
(Công thức II.62, trang 379, [4]) Khu vực quá độ nằm giữa khu vực nhẵn thủy lực và khu vực nhám ứng với Regh