đồ án kỹ thuật thực phẩm thiết kế thiết bị sấy hầm khoai lang tím năng suất 25 kg giờ

Động lực quá trình dịch chuyển ẩm từ bêntrong lòng vật liệu ra b1 tỷ lệ thuận với hiệu sĀ phân áp suất hơicủa hơi nước trong lòng vật liệu pv và phân áp suất trên bbm: L1 pv – pbmBên

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY

Một sĀ hệ thĀng sấy đĀi lưu [4]

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất khoai lang sấy

QUY TRÌNH SẢN XUẤT KHOAI LANG SẤY

ThuyĀt minh quy trình

- Khoai lang tím được trng tại trang trại Đà Lạt, lựa chọn khoai lang đạt yêu cầu.

- Hình dáng: củ thon dài, tròn, đng đu.

- Chất lượng: Ít bị trầy xước, không bị héo, sâu r甃⌀c và không mọc mầm

- Rửa: loại bỏ đất cát, bùn đất bám ở bên ngoài vỏ, đng thời giai đoạn này cũng loại bỏ một sĀ vi sinh vật Việc rửa khoai trước s攃̀ giúp hạn chĀ vĀt bẩn bám vào thịt khoai trong quá trình gọt.

- Phân loại: chọn ra những củ khoai đng đu nhau v kích thước và hình dạng Phân loại nhằm m甃⌀c đích loại bỏ những củ khoai không đạt yêu cầu, đảm bảo chất lượng nguyên liệu, và giúp chuẩn hóa nguyên liệu đạt đươc độ đng nhất v kích thước, hình dạng, để tạo ra những lát khoai đu nhau đảm bảo cho quá trình sấy được kiểm soát thuận lợi và hiệu quả, nâng cao giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm.

- Gọt vỏ: Sau khi rửa xong ta để ráo ri tiĀn hành gọt vỏ để chuẩn bị cho quá trình sấy Trong quá trình gọt tránh việc hao h甃⌀t nguyên liệu và khoai lang bị nâu đen.

- Cắt miĀng, tạo hình: cắt khoanh tròn Trung bình độ dày của miĀng khoai dài từ 5–7mm.

- Ngâm hóa chất [7]: o Ngâm khoai đã cắt lát trong K2S2O3 (3g/l), Acid ascorbic 0.15% o K2S2O3 (3g/l): ngăn cản phản ứng tạo màu nâu cho sản phẩm, làm màu sản phẩm tĀt hơn. o Acid ascorbic 0.15%: sử d甃⌀ng như chất bảo quản và chất chĀng oxy hóa để ngăn ngừa quá trình oxy hóa trong quá trình sấy, tránh biĀn đऀi mùi tự nhiên, mất màu hay thay đऀi màu sắc, cấu trúc Ngăn ngừa sự tạo thành melanoidin làm sậm màu. o Thông sĀ kỹ thuật:

 Nhiệt độ dung dịch ngâm: nhiệt độ phòng

- Để ráo: Sau khi ngâm, vớt ra ngoài để ráo nước chuẩn bị cho quá trình sấy.

- TiĀn hành xĀp sản phẩm lên khay sấy và đưa vào hầm sấy Khi xĀp sản phẩm lên khay ta nên giữ đu khoảng cách giữa các lát khoai lang, không nên xĀp chng lên nhau vì như thĀ hiệu quả sấy s攃̀ không đng đu

- Tác nhận nhân sấy: không khí nóng

- Thông sĀ k椃̀ thuật sấy: o Độ ẩm không khí: 77% o Nhiệt độ không khí lấy vào: 27 0 C o Nhiệt độ tác nhân sấy: 70 0 C o Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu: 72% o Độ ẩm đạt của sản phẩm sấy: 4% o Năng suất sấy: 25 kg/giờ

- M甃⌀c đích công nghệ của quá trình sấy [8]:

Khai thác: Quá trình sấy s攃̀ tách bớt nước ra khỏi nguyên liệu Do đó, hàm lượng các chất dinh dưỡng tăng lên Theo quan điểm này, quá trình sấy s攃̀ có m甃⌀c đích công nghệ và khai thác vì nó làm tăng các chất dinh dưỡng trong một khĀi đơn vị sản phẩm.

Chế biến: Quá trình sấy làm biĀn đऀi nguyên liệu và tạo ra nhiu tính chất đặc trưng cho sản phẩm.

Bảo quản: Quá trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ của nước trong nguyên liệu nên ức chĀ hệ vi sinh vật và một sĀ enzyme, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Ngoài ra, trong một sĀ trường hợp sử d甃⌀ng nhiệt độ tác nhân sấy khá cao thì một sĀ vi sinh vật và enzyme trong nguyên liệu s攃̀ bị vô hoạt bởi nhiệt

Hoàn thiện: Quá trình sấy có thể làm cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng sản phẩm.

- Các biĀn đऀi nguyên liệu trong quá trình sấy [8]: o Vật l礃Ā:

 Trong quá trình sấy s攃̀ xuất hiện gradient nhiệt trong nguyên liệu Nhiệt độ tăng cao tại b mặt và giảm ở tâm

 Sự khuĀch tán ẩm s攃̀ xảy ra do sự chênh lệch ẩm tại các vùng khác nhau trong nguyên liệu

 Các tính chất vật lí s攃̀ thay đऀi như độ giòn, khĀi lượng, tỷ trọng, kích thước, màu sắc chuyển từ màu tím sang màu tím đậm hơn. o Hóa học: Khi tăng nhiệt độ thì tĀc độ của các phản ứng hóa học s攃̀ tăng theo Do đó, trong quá trình sấy s攃̀ xảy ra nhiu phản ứng hóa học khác nhau Một sĀ phản ứng phऀ biĀn là: phản ứng oxy hóa, phản ứng thủy phân, phản ứng maillard, Ngoài ra, còn có các phản ứng như: dehydrat hóa, phân hủy, trùng hợp,… o Hóa lý: Quan trọng nhất là sự chuyển pha của nước từ lỏng thành hơi o Sinh học: Trong quá trình sấy, sự trao đऀi chất của các tĀ bào và mô s攃̀ ngừng lại nĀu nhiệt độ sấy tăng cao Các vi sinh vật cũng bị ức chĀ hoặc tiêu diệt do nhiệt độ hoặc sự giảm của nhiệt độ nước o Hóa sinh : Khi nhiệt độ tăng cao, các enzyme bị vô hoạt và các phản ứng hóa sinh s攃̀ ngừng lại.

- YĀu tĀ ảnh hưởng đĀn quá trình sấy [8]:

Có nhiu yĀu tĀ ảnh hưởng đĀn quá trình sấy và chúng được chia thành các nhóm như: Các yĀu tĀ liên quan đĀn điu kiện sấy và các yĀu tĀ liên quan đĀn bản chất của nguyên liệu cần sấy o Các yĀu tĀ liên quan đĀn điu kiện sấy:

 Nhiệt độ tác nhân sấy

 Độ ẩm tương đĀi của tác nhân sấy

 TĀc độ tác nhân sấy

 Áp lực o Các yĀu tĀ liên quan đĀn nguyên liệu:

 Diện tích của b mặt nguyên liệu

 Cấu trúc của nguyên liệu

 Thành phần hóa học của nguyên liệu o Yêu cầu sản phẩm:

 Chín đu, có màu tím đẹp mắt.

 MiĀng khoai khô ráo, giòn

Sản phẩm sau khi sấy cần được làm nguội để tránh hiện tượng đऀ m hôi trong bao bì dẫn đĀn hư hỏng sản phẩm, không đạt chất lượng Để tránh hiện tượng trên, sản phẩm vừa sấy s攃̀ cần được làm nguội trước khi đóng gói sản phẩm.

- Đóng góiQuá trình bao gói được thực hiện bằng máy đóng gói chân không với bao bìPE có kích thước 18 – 26cm Mỗi gói thành phẩm có khĀi lượng 50 – 60g.

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

Tính chọn thời gian sấy

Ta có: Nhiệt độ bầu khô s攃̀ bằng với nhiệt độ trong quá trình sấy: t1=tk 70 0 C, = 9% Tra đ thị I-d, ta được nhiệt độ bầu ướt: tư 32 0 C.

- Ta chọn độ ẩm cân bằng:

- Suy ra, ta có độ ẩm tới hạn (CT 5.36/ trang 103 [13]):

Trong đó, B: áp suất khí trời, B = 1,013 (bar) : Cường độ bay hơi, kg/m 2 s : hệ sĀ bay hơi , kg/m 2 h.bar mà

Trong đó, r: ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/kg : hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu ( W/m 2 độ)

- Chọn vận tĀc tác nhân trong hầm sấy là v = 2 m/s (theo chế độ sấy củ, quả thái lát/ p.110 [4]):

Vì v 0,5m/s nên theo thực nghiệm: (CT 2.37b/ trang 32 [4])

(kg/m 2 s) - TĀc độ sấy đẳng tĀc:

(%h) Trong đó, 2R = 1cm =0,01m = 20,005m: b dày lát cắt = 997 kg/m 3 : khĀi lượng riêng của khoai lang

- Thời gian sấy l礃Ā thuyĀt:

Thực tĀ không khí chuyển động trên vật liệu không được đng đu, vì vậy thời gian sấy l礃Ā thuyĀt cần phải tăng lên từ 1,5 đĀn 2 lần.

Vậy thời gian sấy là 10 x 1,5 = 15 h

Bảng 4.2 Kết quả cân bằng vật chất

Thông số Kí hiệu Đơn vị Gía trị

KhĀi lượng vật liệu trước khi sấy kg/h 85,7

KhĀi lượng vật liệu sau khi sấy kg/h 25 Độ ẩm vật liệu trước khi sấy % 72 Độ ẩm vật liệu sau khi sấy % 4

Lượng ẩm bay hơi kg/h 60,7

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy m 3 /h 4361

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

Xác định kích thước của khay sấy, xe gòong, hầm sấy

- Xác định kích thước khay sấy

Khay sấy dùng để xĀp vật liệu sấy Khay sấy được chĀ tạo từ nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bảng có chiu dày 1 mm, kích thước của khay sấy là 800x800 mm, tạo gờ mép ngoài khoảng 30 mm để thuận tiện trong việc cầm nắm Để thuận lợi tính toán ta lựa chọn trên mỗi khay cho phép chất khay lên là 10 kg

- Xác định kích thước xe gòong

Xe goòng được chĀ tạo từ khung thép, các thanh thép rỗng có tiĀt diện 25 x 25 mm, dày 1,5 mm được hàn lại với nhau Các khay được xĀp trên mỗi tầng và đặt cách nhau 100 mm để đảm bảo lưu thông tác nhân sấy (không khí nóng) được dễ dàng, dưới các chân của xe được bĀ trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy

Trên mỗi xe đặt15 khay, mỗi khay chứa được 10 kg VLS (mỗi xe gòong nên đặt 10 ÷ 15 khay, mỗi khay không chứa quá 5 ÷ 10 kg VLS [4]) các khay được xĀp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là 100mm để đảm bảo lưu thông của tác nhân sấy được dễ dàng, dưới các chân của xe có bĀ trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy.

Chọn xe gòong có kích thước: rộng x dài x cao mm Trong đó: chiu cao sàn xe là 150 mm, bánh xe gòong có đường kính 100 mm có khĀi lượng là 2kg/bánh Trên mỗi xe goòng cho phép đặt 15 khay sấy, mỗi khay chứa được 10 kg nguyên liệu Như vậy, khĀi lượng VLS trên mỗi xe là:

Với khĀi lượng chứa 150 kg trên mỗi xe gòong để sấy hĀt = 85,7 kg VLS thì sĀ xe gòong cần thiĀt là:

- Xác định kích thước hầm sấy Để đảm bảo xe gòong chuyển động dễ dàng không bị kẹt với tường hầm cũng như đảm bảo TNS đi qua VLS chúng ta để khen hở giữa tường hầm với thành khe (kể cả khay) khoảng 50 mm.

Chiu cao của hầm cũng được quyĀt định theo chiu cao của xe và khe hở giữa đỉnh xe và trần hầm sấy là 50 mm Nên:

Chiu dài hầm sấy ph甃⌀ thuộc vào sĀ xe gòong.

- Kích thước phủ bì hầm sấy

Hầm sấy được xây dựng bằng gạch đỏ có chiu dày = 250 mm Trần hầm s攃̀ được đऀ bê tông có chiu dày = 70 mm với lớp cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh dày

Tính toán nhiệt hầm sấy

- Tऀn thất do VLS mang đi qv: Để tính tऀn thất do VLS mang đi trước hĀt ta phải biĀt nhiệt độ VLS ra khỏi hầm và nhiệt độ dung riêng của nó Trong sấy nông sản nhiệt độ VLS ra khỏi TBS lấy thấp hơn nhiệt độ TNS tương ứng 5  10 o C Trong HTS của chúng ta, VLS và TNS chuyển động ngược chiu nên: = t1 – (5  10) o C [13] Vì vậy p – 5 = 60 o C Nhiệt dung riêng của khoai lang có thể lấy Ck = 3,48 kJ/kgK, nhiệt dung riêng của nước Ca = 4,18 kJ/kgK Do đó nhiệt dung riêng của khoai lang tím ra khỏi hầm sấy bằng:

= Ck + ( Ca - Ck) w2 = 3,48 + ( 4,18 - 3,48) 0,04 = 3,51 kJ/kgK (công thức trang 197, [13])

Tऀn thất nhiệt do VLS mang đi là: qv = = = 54,934 kJ/kg ẩm (công thức 7.15, trang 100, [4])

- Tऀn thất do TBTT o Tऀn thất do xe gòong mang đi.

Xe gòong làm bằng thép CT3 có khĀi lượng một xe Gx = 45 kg Nhiệt dung riêng của thép bằng Cx = 0,5 kJ/kgK Vì thép nên nhiệt độ xe gòong ra khỏi hầm sấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy [2] Như vậy tx2 = t1 = 70 o C Do đó:

9,563 kJ/kg ẩm (công thức 7.16, trang 100, [4]) o Tऀn thất do khay sấy mang đi.

Khay làm bằng nhôm có trọng lượng mỗi khay 2 kg Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy, ngh椃̀a là tk2 = t1 = 70 o C Nhiệt dung riêng của nhôm bằng Ck = 0,86 kJ/kgK [2] Do đó, tऀn thất do khay mang đi là:

10,966 kJ/kg ẩm (công thức 7.16, trang 100, [4]) Như vậy tऀn thất do TBCT là: qct = qx + qk = 9,563 + 10,966 = 20,529 kJ/kg ẩm (công thức 7.16, trang 100, [4])

- Tऀn thất ra môi trường o Giả thiĀt tĀc độ TNS. Để tính tऀn thất ra môi trường, cần giả thiĀt tĀc độ TNS trong hầm Khi kĀt cấu hầm đã xác định thì tiĀt diện tự do của hầm cũng đã được xác định Chiu dài của khay Lk bằng chiu rộng của xe Lx = 800, chiu cao của khay Hk lấy bằng 50 mm thì tiĀt diện tự do của hầm sấy bằng:

Ftd = (Bh.Hh – 15.Lk.Hk) = (1,1.1,25 – 15.0,8.0,05) = 0,775 m 2 (công thức trang 198, [13])

Do đó, tĀc độ sấy tĀi thiểu s攃̀ bằng lưu lượng thể tích trong quá trình sấy l礃Ā thuyĀt Vo chia cho tiĀt diện tự do Ftd, hay:

Vì lưu lượng TNS trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưu lượng TNS trong quá trình sấy l礃Ā thuyĀt nên tĀc độ TNS giả thiĀt để tính toán các tऀn thất cũng phải lớn hơn vo Giả sử ta lấy v = 2 m/s Chúng ta s攃̀ kiểm tra lại giả thiĀt này sau khi tính được lưu lượng thể tích thực tĀ.

- Các dữ liệu tính mật độ dòng nhiệt truyn này là nhiệt độ trung bình của TNS:

Nhiệt độ dịch thể nóng tf1 trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của TNS: ttb= tf1 = 0,5(t1 + t2) = 0,5.(70 + 35) = 52,5 o C

Nhiệt độ dịch thể lạnh là nhiệt độ môi trường tf2 = to = 27 o C Kích thước xác định là chiu cao tường hầm sấy Hh = 1250 mm Tường xây bằng gạch đỏ dày 1 250 mm và hệ sĀ dẫn nhiệt λ1 = 0,77 W/mK Chúng ta xem TNS chuyển động đĀi lưu cưỡng bức với tĀc độ v = 2 m/s và không khí phía ngoài đĀi lưu tự nhiên chảy rĀi.

- Mật độ dòng nhiệt truyn qua hai tường bên qtb:

Ta chọn với sai sĀ không quá 10% so với nhiệt độ trung bình tf1 có Nhiệt độ mặt trong của tường hầm sấy tw1 = 50,3 o C.

Hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu cưỡng bức giữa TNS với mặt trong tường hầm sấy α1:

Hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu tự nhiên giữa mặt ngoài của tường hầm sấy với không khí ngoài trời:

= 4,03 W/m 2 K (công thức 6.10, trang 74, [4]) 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 sĀ dẫn nhiệt của gạch, λ1= 0,77 W/m 2 độ δ1 là b dày của tường δ1= 0,25 m

- Hệ sĀ trao đऀi nhiệt của tường bên:

W/m 2 K (công thức trang 104, [4]) - Tường bên có kích thước:

- Tऀn thất nhiệt qua 2 tường bên:

(công thức trang 104, [4])- Hệ sĀ trao hऀi nhiệt giữa TNS và trần:

W/m 2 K (công thức trang 104, [4]) - Tऀn thất qua trần:

= 5,296 kJ/kg ẩm (công thức trang 104, [4])

- Hệ sĀ trao đऀi nhiệt qua cửa hầm:

Tऀn thất qua 2 cửa hầm sấy Cửa hầm sấy được làm bằng thép có chiu dày δ4 = 4 mm và hệ sĀ dẫn nhiệt λ4 = 0,5 W/m 2 k do đó hệ sĀ truyn nhiệt qua cửa kc bằng [4].

= 2,518 W/m 2 k (công thức trang 104, [4]) - Tऀn thất nhiệt qua cửa hầm:

Cho cửa có kích thước: Hc.Bc: 1610 mm.1010 mm Fc = 2.1,61.1,01 = 2,343 m 2

Cửa phía TNS vào có độ chênh lệch nhiệt độ (t1 – to) còn cửa đầu kia có độ chênh lệch nhiệt độ bằng (t2 – to) do đó: kJ/kg ẩm (công thức trang 104, [4])

Nhiệt độ trung bình của TNS bằng 52,5 o C và giả sử tường hầm cách bao che của phân xưởng là 2 m Kích thước của nn:

Ta có: (tra bảng 6.1, trang 74, [1]) = 20,926 kJ/kg ẩm (công thức trang 104, [4])

- Tऀn thất ra môi trường: kJ/kgh (công thức trang 104, [4])

- Tऀng tऀn thất nhiệt của thiĀt bị sấy Δ:

(công thức trang 104, [4]) kJ/kg ẩm

Tính toán quá trình sấy thực

- Độ chứa hơi của quá trình sấy thực d2: Ta có: d1=do = 0,0178 kg/kg kkk (vì đang trong quá trình gia nhiệt) Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô là nhiệt dung riêng của hơi nước là nhiệt ẩn hóa hơi của nước Với (công thức trang 22, [4]) (công thức trang 22, [4]) = 0,0316 kg ẩm/kgkkk (công thức trang 201, [13])

- Entanpy của không khí ra khỏi thiĀt bị sấy I2: I2 = I1+ (d2 – d1) = 117,075 + (–) (0,0316 – 0,0178) = 116,235 kJ/kgkkk

- Độ ẩm tưởng đĀi của khĀi khí 2: (công thức 7.17, trang 100, [4])

- Lượng không khí khô cần thiĀt để bĀc hơi một kg ẩm:

(công thức 7.14, trang 131, [13]) (công thức 5.8, trang 58, [14]) - Thể tích TNS trước khi vào hầm sấy:

V = L.1,001 = 1,001 = 4403 m 3 /h (công thức trang 196, [13]) - Kiểm tra lại tĀc độ TNS đã giả thiĀt.

TĀc độ trung bình của TNS trong quá trình sấy thực v bằng:

TĀc độ này xấp xỉ tĀc độ đã giả thiĀt 2 m/s nên mọi tính toán có thể chấp nhận được.

5.4 Thiết lập bảng cân bằng nhiệt

- Nhiệt lượng tiêu hao q: q = l.(I1 – Io) = (117,075 – 72,493) = 3230 kJ/kg ẩm (công thức trang 202,

- Nhiệt lượng có ích q1: q1 = i2 – Ca.tv1 = (2500 + 1,842.35) – 4,18.27 = 2451,61 kJ/kg ẩm

- Tऀn thất do TNS mang đi q2 NĀu sử d甃⌀ng khái niệm nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(do) (theo công thức 7.17, trang 131, [13]) thì nhiệt lượng này bằng: q2 = l.Cdx(do).(t2 - to) = 1,037.(35 – 27) = 601,128 kJ/kg ẩm

- Tऀng nhiệt lượng có ích và các tऀn thất q’: q’ = q1 + q2 + qv + qct + qmt (công thức trang 202, [13])

Có thể thấy rằng nhệt lượng tiêu hao q và tऀng nhiệt lượng có ích và các tऀn thất q’ phải bằng nhau Tuy nhiên, do trong quá trình tính toán đã làm tròn các kĀt quả hoặc do sai sĀ trong tính toán các tऀn thất mà đã phạm phải mọt sai sĀ nào đó, cần kiểm tra lại sai sĀ này Ở đây sai sĀ tuyệt đĀi ∆q = q – q’ bằng:

∆q = q – q’ = 3230 - 3226,463= 3,537 kJ/kg ẩm Hay sai sĀ

Do nên sai sĀ này nằm trong phạm vi cho phép nên mọi tính toán đu có thể chấp nhận được.

Bảng 5.1 Bảng cân bằng nhiệt

STT Đ i l ạ ượ ng Ký hi u ệ kJ/kg m Ẩ %

1 Nhi t l ệ ượ ng có ích q 1 75,98

5 T n thấất ra môi tr ổ ườ ng q mt 3,05

6 T n thấất nhi t do tnh toán ổ ệ q’ 3226,463 100

7 T n thấất nhi t l ổ ệ ượ ng têu hao q 3230 100

8 Sai sôấ t ươ ng đôấi 0,11

Nhận xét: Qua bảng cân bằng nhiệt cho thấy:

- Tऀn thất do VLS mang đi chỉ chiĀm 1,7% tऀn thất ra môi trường 3,05% và tऀn thất do TBCT mang đi là 0,64% Tऀng các tऀn thất này tuy tính rất phức tạp nhưng chỉ chiĀm 5,39% Trong thực tĀ, khi thiĀt kĀ HTS hầm có thể lấy gần đúng tऀng ba tऀn thất này khoảng trên dưới 10%.

- Hiệu suất nhiệt của hầm sấy: h =

ThiĀt lập bảng cân bằng nhiệt

- Công suất nhiệt của Colorifer Qc: Qc = W.q = 60,7 3207 = 194664,9 kJ/h = 54,07 kW - Lượng hơi cần thiĀt D:

NĀu lấy hiệu suất nhiệt của calorifer h = 77,55%, nhiệtẩn hoá hơi r của hơi nước ở áp suất 3 bar bằng 2164 kJ/kg [13], thì lượng hơi cần cung cấp D là:

- Nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển: ttb = 0,5.(t1 + t2) = 0,5.(70 +35) = 52,5 o C kgkkk/m 3

6.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CALORIFER

Do yêu cầu v chất lượng của sản phẩm khoai mì lát sau khi sấy nên phải dùng tác nhân sấy là không khí nóng Không khí nóng đi qua calorife sưởi và nhận nhiệt gián tiĀp từ hơi nước bão hoà qua thành Āng

Với yêu cầu của HTS cần nâng nhiệt độ của TNS từ 27 o C lên đĀn 70 o C, nên ta chọn lò hơi có áp suất 5 bar, tra bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất có nhiệt độ hơi bão hòa là 151,84 o C (phụ lục 2, trang 107, [14]).

- Tính chênh lệch nhiệt độ:

Chọn kĀt cấu calorifer với các đặc trưng:

- Ống là bằng thép có đường kính Āng, ta chọn: sao cho tỷ lệ < 1,4 [4]

- Loại Āng thép có hệ sĀ dẫn nhiệt:

- Chùm Āng có cánh bĀ trí so le có Āng bước ngang: o s1 = 80 mm

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIỆT BỊ PHỤ

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CALORIFER

Do yêu cầu v chất lượng của sản phẩm khoai mì lát sau khi sấy nên phải dùng tác nhân sấy là không khí nóng Không khí nóng đi qua calorife sưởi và nhận nhiệt gián tiĀp từ hơi nước bão hoà qua thành Āng

Với yêu cầu của HTS cần nâng nhiệt độ của TNS từ 27 o C lên đĀn 70 o C, nên ta chọn lò hơi có áp suất 5 bar, tra bảng nước và hơi bão hòa theo áp suất có nhiệt độ hơi bão hòa là 151,84 o C (phụ lục 2, trang 107, [14]).

- Tính chênh lệch nhiệt độ:

Chọn kĀt cấu calorifer với các đặc trưng:

- Ống là bằng thép có đường kính Āng, ta chọn: sao cho tỷ lệ < 1,4 [4]

- Loại Āng thép có hệ sĀ dẫn nhiệt:

- Chùm Āng có cánh bĀ trí so le có Āng bước ngang: o s1 = 80 mm o s2 = 45 mm

- Chọn cánh được làm bằng đng: o Đường kính dc = 40 mm o Chiều dày = 0,5 mm o Bước cánh: t = 3 mm o Hệ sĀ dẫn nhiệt λc = 110 W/mK

- Chọn chiu dài của Āng là 1,2 m - SĀ cánh quạt trên một Āng:

: diện tích phần Āng không làm cánh : diện tích làm cánh trên một Āng Do đó:

- TĀc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất :

Giả sử tĀc độ không khí vào calorifer v = 2 m/s Chúng ta s攃̀ kiểm tra lại giả thiĀt này khi tính được chiu rộng và chiu cao của calorifer Khi đó:

- Xác định các tiêu chuẩn đng dạng:

Với nhiệt độ trung bình của không khí nên ta tra (phụ lục 6 (258) [4]) được:

HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU PHÍA KHÔNG KHÍ

- Hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu của cánh c:

(công thức trang 220, [4]) Ta có:

Với dc/d2 = 1,67 và h = 0,282, từ biểu đ c = f(dc/d2, h) ta tìm được c 0,91.

- Hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu tương đương 2:

- Hệ sĀ trao đऀi nhiệt đĀi lưu khi hơi ngưng t甃⌀ trong Āng 1:

Chọn (tb – tw) = 0,9 o C Ta s攃̀ kiểm tra lại độ chênh lệch nhiệt độ này sau khi tính được hệ sĀ truyn nhiệt k

Các thông sĀ của hơi ngưng t甃⌀ ở 151,84 o C: r = 2108 kJ/kg ρ = 919 kg/m 3 g = 9,81 m/s 2 λ = 0,6828 W/mK μ (công thức trang 221, [4])

- Kiểm tra lại độ chênh lệch nhiệt độ (tb – tw): o Mật độ dòng nhiệt truyn nhiệt qua calorifer qc:

(công thức trang 221, [4]) o Kiểm tra độ chệnh lệch nhiệt độ đã chọn: v nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt qc phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngưng q1 Do đó:

Như vậy, giả thiĀt (tb – tw) = 0,9 o C là hợp l礃Ā.

- Diện tích b mặt trong các Āng F1: Lấy hiệu suất calorifer  = 0,95 (trang 86, [15]) Khi đó F1 bằng:

- SĀ Āng trong một hàng m Chọn sĀ hàng z = 12

- Kích thước calorifer: o Chiu dài: l = 1,2 m o Chiu rộng a = z.s2 = 12.45.10 -3 = 0,54 m o Chiu cao: b = m.s1 = 3.80.10 -3 = 0,24 m

TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT

Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiĀt bị: calorifer, máy sấy, đường Āng Năng lượng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suật động học để di chuyển và một phần để khắc ph甃⌀c trở lực trên đường Āng vận chuyển Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiĀt bị sấy Do hệ thĀng sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuĀi hệ thĀng:

Quạt đặt ở đầu hệ thĀng – quạt đẩy, có nhiệm v甃⌀ cung cấp không khí cho calorife.

Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua calorife, trao đऀi nhiệt ri đưa vào hầm sấy, qua 1 đoạn Āng cong 90 0

Quạt đặt ở cuĀi hệ thĀng – quạt hút, có nhiệm v甃⌀ hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua cyclon để thu hi sản phẩm Đường Āng từ sau hầm sấy đĀn trước cyclon có 2 đoạn cong 90 0 Quạt cung cấp không khí cho calorife và khắc ph甃⌀c trở lực trong hệ thĀng.

- Trở lực qua calorifer: ∆Pca- Trở lực qua cyclon: ∆Pc

- Trở lực qua hầm sấy: ∆Ph - Trở lực qua đường Āng: ∆Pô

- Áp suất động lực học: ∆Pđ

Năng suất của quạt được tính theo công thức:

Trong đó: L = 30000 kgKKK/h là lưu lượng không khí khô

Bảng 6.1 Bảng trạng thái của không khí tra bảng I.255 trang 318 [10]

Chọn Āng dẫn đầu ra của quạt có đường kính d = 0,9 m TiĀt diện mặt cắt ngang của Āng dẫn:

- Vận tĀc của dòng khí ra khỏi quạt:

Tra bảng ta thấy vận tĀc dòng khí trong Āng phù hợp với bảng tra vận tĀc của dòng khí ra khỏi quạt từ 4 đĀn 15 m/s nên ta chọn d = 0,9 m (bảng II.2, trang

370, [10] ) Ta chọn độ dày thành Āng t = 19,1mm theo tiêu chuẩn độ dày SCH 40.

- Trở lực do áp động đầu ra của quạt: là hệ sĀ trở lực (bảng 3.1, trang 141, [15])

Tr ng thái khôngạ khí do ma sát

Khôối lượng riêng c aủ không khí

Trở lực từ quạt đến calorifer

- Đường kính tương đương trong hầm sấy:

Trong đó: o dtd là đường kính tương đương trong hầm sấy o H: chiu cao phủ bì của hầm sấy (m) o B: chiu rộng phủ bì của hầm sấy (m) o Π: chu vi mặt cắt ngang của Āng nhỏ (m 2 )

Chiu dài Āng dẫn từ quạt đĀn calorifer l = 1,5m Trở lực do ma sát từ quạt đĀn calorifer.

Vì : chĀ độ chảy rĀi Trong hệ độ được chia làm 3 khu vực:

Khu vực nhẵn thủy lực: lớp màng chảy dòng phủ kín gờ nhám của Āng, do đó độ nhám không có ảnh hưởng đĀn hệ sĀ ma sát Được xác định như sau:

Reynold giới hạn: là độ nhám tuyệt đĀi của Āng dẫn loại Āng mới không hàn (Āng nguyên) (bảng II.15, trang 381, [ 10 ]).

Khu vực nhám: là chiu dày của lớp màng dòng chảy nhỏ hơn gờ nhám.

Trong khu vực này hệ sĀ ma sát chỉ ph甃⌀ thuộc vào độ nhám, không ph甃⌀ thuộc vào chuẩn sĀ Reynold Được xác định theo công thức:

Khu vực quá độ: nằm giữa khu vực nhẵn thủy lực và khu vực nhám ứng với Regh < Re < Ren Hệ sĀ ma sát được tính theo công thức:

(công thức II.55, trang 377, [10]) Trở lực do calorifer

Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorifer:

0C Ứng với giá trị ttb = 48,50C tra bảng I.255 trang 318 [10]

- Chọn vận tĀc của không khí trong calorifer là:

Vì Re lớn hơn 10000 nên không khí chuyển động xoáy Do Āng xĀp theo kiểu bàn cờ (kiểu so le) [10] Khi:

- d là đường kính ngoài của Āng: d = 0,024 - m là sĀ dãy Āng trong chùm theo phương chuyển động: m = 12

- s1 là khoảng cách giữa các Āng theo phương cắt ngang của dòng chuyển s1 80 mm.

- s2 là khoảng cách giữa các tr甃⌀c Āng theo phương chuyển động của dòng s2

Trở lực do calorifer đến hầm Ống dẫn từ calorifer đĀn hầm có đường kính d’ = 0,9 m, dài l = 3 m, độ nhám tuyĀt đĀi

- TiĀt diện ngang của Āng dẫn:

- Vận tĀc của dòng khí ra khỏi calorifer:

Reynold giới hạn: là độ nhám tuyệt đĀi của Āng dẫn loại Āng mới không hàn (Āng nguyên) (bảng II.15, trang 381, [10]).

Regh < Re < Ren: khu vực quá độ nằm giữa khu vực nhẵn thủy lực và khu vực nhám Hệ sĀ ma sát được tính theo công thức:

(công thức II.55, trang 377, [10]) Trở lực tại ngoặt 90 o

Hệ sĀ trở lực c甃⌀c bộ: Ta có “Āng tròn vuông gập” với α = 90 o thì ξ = 1,1

Trở lực do đột mở vào calorifer

TiĀt diện của mặt cắt ngang của Āng đẩy tính ở trên là f0 = 0,64 m 2 TiĀt diện cắt ngang của calorifer Fc = 1,8 m 2

Hệ sĀ trở lực c甃⌀c bộ: [10]

Tổng trở lực từ quạt đẩy đến trước hầm sấy

Trở lực của hầm sấy

Ta có là độ nhớt động học của không khí tại nhiệt độ trung bình trong hầm sấy ttb = 48,5 o C

Ta chọn là độ nhám của hầm sấy ,03(công thức II.60, trang 378, [10])

Ta thấy Regh < Re < Ren

 Trở lực do hầm sấy:

(công thức II.55, trang 377, [10]) Trở lực do xe gòong

- Lưu lượng thể tích đi trong hầm:

- Vận tĀc không khí trong hầm khi không có xe goòng:

Ta chọn là độ nhám của hầm sấy ,03(công thức II.60, trang 378, [10])

Ta thấy Regh < Re < Ren

- Tính hệ sĀ ma sát theo công thức:

 Trở lực hầm sấy khi không có xe gòong là:

Vận tĀc của dòng khí trong Āng hút khi tiĀt diện Āng hút f1 = 0,64 m 2

Hệ sĀ tऀn thất - Trở lực đột thu tại hầm và Āng hút:

- Trở lực áp động đầu vào của quạt hút:

Trở lực Āng dẫn khí ra khỏi hầm: Āng dẫn có đường kính d’=0,9 m, chiu dài 3 m, độ nhám tuyệt đĀi ε = 0,08 mm.

(công thức II.60, trang 378, [10]) (công thức II.62, trang 379, [10])

Ta thấy Regh < Re < Ren

- Tính hệ sĀ ma sát theo công thức:

 Trở lực do hầm sấy:

- Tऀng trở lực từ hầm sấy đĀn quạt hút:

- Tऀng trở lực của quạt:

Trong hệ thĀng này cần có 2 quạt: quạt hút và quạt đẩy Mỗi quạt có:

- Trở lực cần khắc ph甃⌀c

Ta chọn quạt ly tâm II 4 - 70 N o 10 [10] o Hiệu suất 0,65 m 3 /h o ω = 60 rad/s o TĀc độ vòng của bánh xe gòong: 31,4 m/s - Công suất quạt:

- Công suất động cơ chạy quạt:

Với là hiệu suất truyn động của quạt, trường hợp quạt lắp trực tiĀp với tr甃⌀c động cơ điện (trang 463, [10]). σ = 1,15 là hệ sĀ dự phòng (tra bảng II.48, trang 464, [10]).

Ta có: L0 = (kgKKK/kg ẩm) - Lưu lượng tuần hoàn trong quá trình sấy:

- Nhiệt độ trung bình của hầm sấy là (m 3 /s) –( trang 318, [5] (nội suy)) - Diện tích tiĀt diện đường Āng:

(m 2 ) - Đường kính Āng dẫn không khí:

(m) Ta chọn mặt bích có kích thước ( Tra bảng XIII.27, trang 418, [13] ) o D = 630 (mm) o Db = 580 (mm) o Z = 16 (cái) o db = MS20

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Dựa vào các sĀ liệu ban đầu theo nhiệm v甃⌀ đ án, cũng như sĀ liệu mà nhóm tra cứu, tham khảo được từ các ngun tài liệu khác nhau Dùng công thức tra cứu từ những sách, báo tài liệu tham khảo có chọn lọc cũng như đảm bảo tính chính xác trong quá trình tính toán.

Sau khi tính toán hệ thĀng sấy hầm sấy khoai lang tím này, chúng em có những nhìn nhận khái quát sau v thiĀt bị bên canh những ưu điểm của hầm sấy như: cấu tạo đơn giản, sử d甃⌀ng để sấy được nhiu nông sản, dễ dàng vệ sinh và sửa chữa Tuy nhiên, phương pháp sấy hầm này vẫn còn tn tại các khuyĀt điểm v cường độ sấy thấp, sấy không đng đu giữa các vật liệu sấy, [14], dễ thất thoát nhiệt, cng knh, tĀn diện tích phân xưởng, gây khó khăn cho việc tính toán trở lực…

Mặc dù, hệ thĀng sấy hầm hiện nay được sử d甃⌀ng khá phऀ biĀn trong công nghiệp thực phẩm nhưng do chúng em chưa có điu kiện được tham quan và tiĀp xúc thực tĀ nên đa phần các tính toán còn thiên v mặt l礃Ā thuyĀt, đôi khi có vài chỗ chưa hợp l礃Ā Chúng em mong thầy cô nhận xét và hướng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đ án được tĀt hơn.

KiĀn nghị: Nhóm xin đ xuất một phương án cải tiĀn nhằm khắc ph甃⌀c các nhược điểm tn đọng trên đó là sử d甃⌀ng hầm sấy với kênh dẫn khí dạng Āng.