TỔNG QUAN VỀ CHÈ
Tổng quan về chè
1.1.1 Đặc điểm, cấu tạo của chè
- Chè (hay trà, tên khoa học: Camellia sinensis) là loài cây mà lá và chồi được sử dụng để sản xuất trà (đừng nhầm với cây hoa trà) Tên gọi sinensis có nghĩa là "Trung Quốc" trong tiếng Latinh Các danh pháp khoa học cũ còn có Thea bohea và Thea viridis.
Trà xanh (Camellia sinensis) có nguồn gốc từ Đông Á, Nam Á và Đông Nam Á nhưng hiện được trồng rộng rãi ở nhiều vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới Đây là cây thường xanh lâu năm mọc thành bụi hoặc cây nhỏ, thường được cắt tỉa để cao dưới 2 mét khi trồng lấy lá Trà xanh có rễ cái dài, hoa có màu trắng ánh vàng, đường kính 2,5 – 4 cm, có 7 – 8 cánh hoa Hạt của cây trà có thể ép lấy dầu.
- Hạt của Camellia sinensis và Camellia oleifera được ép lấy tinh dầu trà, gia vị ngọt và dầu ăn không được trộn lẫn với tinh dầu trà Tinh dầu thường được sử dụng làm thuốc và mỹ phẩm, có khởi nguồn từ lá của nhiều thực vật khác.
- Lá của chè dài từ 4 – 15 cm và rộng khoảng 2 – 5 cm Lá tươi chứa khoảng 4% caffein Lá non có sắc xanh lục nhạt được thu hoạch để sản xuất trà Ở thời đoạn đó, mặt dưới lá có lông tơ ngắn màu trắng Lá già thì chuyển sang màu lục sẫm Tùy lứa tuổi mà lá chè có thể dùng làm thành phẩm chè khác nhau vì thành phần hóa học trong lá khác nhau Thông thường, chỉ có lá chồi và 2 đến 3 lá mới mọc gần thời gian đó được thu hoạch để chế biến Việc thu hoạch thủ công bằng tay diễn ra đều đặn mỗi 1 đến 2 tuần.
- Vùng phân bố: Chè thường được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, nơi có lượng mưa tối thiểu là 127 cm (50 inches) mỗi năm Khí hậu ẩm ướt và nhiều nắng ấm là hai yếu tố chính Ngoài khu vực lý tưởng kể trên, cây chè có thể sống suốt từ đường xích đạo lên đến miền nam nước Anh như Cornwall.[1] Chè ngon thường mọc ở cao độ trên 1.500 mét (4.900 feet) để cây chè phát triển chậm, tích tụ nhiều hương vị đậm đà
- Hiện nay chè được phân bố khá rộng trong những điều kiện tự nhiên rất khác nhau, từ 30” vĩ nam đến 45” vĩ bắc, là những nơi có điều kiện tự nhiên khí hậu khác xa vùng nguyên sản Những thành tựu khoa học của các nhà chọn giống Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan đã tạo ra rất nhiều giống chè mới có khả năng thích ứng với các điều kiện khí hậu khác nhau tạo nhiều triển vọng cho nghề trồngchè trên thế giới.
- Ở Việt Nam Cây chè tại Việt Nam đến giữa thế kỷ XX được trồng khắp miền quê ngoài Bắc và Trung (phương ngữ tại đây thường gọi là chè), diện tích lớn nhất ở hai tỉnh Phú Thọ và Quảng Nam Loại này thân mọc cao, lá lớn và dày, có thể hái về vò nát để nấu uống tươi gọi là chè xanh Loại thứ hai là chè đồn điền du nhập từ phương Tây, cây thấp, lá nhỏ, thường phải ủ rồi mới nấu nước Hạng nhất là chè búp (hoặc chè nõn tôm), có khi gọi văn vẻ là "chè bạch mao" hay "chè bạch tuyết" nếu búp có lông tơ trắng ở đầu ngọn Hạng nhì là hai lá chè kế (còn có thể phân chia "một tôm một lá" tức lấy búp và một lá kế, và "một tôm hai lá" tức lấy búp và hai lá tiếp theo) Lá thứ tư, thứ năm là chè hạng ba Những lá dưới nữa thì dùng làm chè mạn, rẻ hơn cả Đồn điền cây chè thì mãi đến năm 1924 thời Pháp thuộc mới bắt đầu hoạt động ở vùng Cao nguyên Trung Kỳ gồm các tỉnh Kontum, Pleiku, Darlac và Đồng Nai Thượng Sang thập niên 1930, chè được đem trồng một cách quy mô trên cao nguyên vùng B'lao và Djiring và vùng này sau chiếm địa vị là vựa chè
Tính đến năm 1960, Việt Nam xuất cảng 2.000 tấn chè mỗi năm Đến năm 2007 thì sản lượng chè của Việt Nam đã vượt một triệu tấn, canh tác trên 125.000 hecta Vào đầu năm 2016, thị trường lớn nhất mua chè Việt Nam là Pakistan chiếm khoảng 1/3 thị phần Việt Nam cũng là nước xuất cảng chè đứng thứ năm trên thế giới Tuy nhiên giá bán thấp hơn so với các nước khác vì phẩm chất kém, chỉ đạt 60- 70% giá thị trường quốc tế
- Hiệu quả sức khoẻ: Lá chè được dùng trong Đông y để trị hen phế quản (như một loại thuốc trị hen suyễn), nhiệt miệng, đau thắt ngực, bệnh tim mạch vành và bệnh mạch máu ngoài.
Ngày nay, trà xanh phổ biến khắp nơi, là thức uống rất có lợi cho sức khỏe, góp phần ngừa ung thư, giảm cholesterol, diệt khuẩn và giảm cân Trà chứa lượng lớn catechins, một chất chống oxy hóa Trong các hoạt tính, (-)-catechin từ C. sinensis làm kích thích PPARgamma, thụ quan hạt nhân, là mục tiêu dược lý hiện hành cho điều trị đái tháo đường loại 2
Tuy nhiên, ngày nay trà cũng có tác dụng xấu đến sức khỏe, như chứa caffein vượt mức cho phép, nhiều loại trà còn chứa flo và oxalat.
- Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải quan, xuất khẩu chè trong tháng 8/2021 đạt 10,3 nghìn tấn, trị giá 17,4 triệu USD, giảm 22,2% về lượng và giảm 20,2% về trị giá so với tháng 8/2020 Tính chung trong 8 tháng đầu năm 2021, xuất khẩu chè đạt 79,9 nghìn tấn, trị giá 133 triệu USD, giảm 5,6% về lượng và giảm 1,4% về trị giá so với cùng kỳ năm 2020 Giá chè xuất khẩu bình quân trong tháng 8/2021 đạt 1.685,9 USD/tấn, tăng 2,5% so với tháng 8/2020 Thị phần chè của Việt Nam giảm trong tổng lượng nhập khẩu chè của thị trường Đài Loan Ảnh hưởng bởi đại dịch Covid-19, lượng và trị giá xuất khẩu chè giảm mạnh trong tháng 8/2021.
- Cấu tạo cơ bản và thành phần dinh dưỡng của chè:
Thành phần dinh dưỡng trong 100g sản phẩm chè uống được
Thành phần chính Muối khoáng Vitamin
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g sản phẩm chè
- Một số loại chè thường gặp ở Việt Nam:
+ Chè đen: chiếm phần trăm lớn nhất trên thị trường buôn bán trà thế giới.
+ Chè xanh: nước xanh vàng, tươi sang, vị chat mạnh, có hậu vị, hương thơm nồng.
+ Chè hương: dung các hương liệu khô như hoa ngâu, hoa cúc khô, hạt mùi, tiểu hồi, đại hồi, cam thảo, quế… pha trộn với các tỉ lệ khác nhau.
+ Chè hòa tan: có dạng bột tươi xốp, rất mịn, gồm những hạt nhỏ màu vàng nhạt (chè xanh), nâu nhạt (chè đen) Hàm lượng tannin, acid aim, cafein rất cao Màu nước, vị chè đạt yêu cầu nhưng hương nhạt, vị bay đi nhiều trong quá trình chiết xuất, cô đặc và sấy.
+ Chè hoa tươi, chè Ô Long, chè túi, chè dược thảo, ….
1.1.2 Các sản phẩm được chế biến từ chè a Chè khô đóng gói
- Trà khô là loại trà đã được sấy khô Tỉ lệ trà ngon hay không tùy vào cách chọn lá trà của người kinh doanh Nếu muốn chọn được loại trà khô ngon, bạn nên chọn trà có búp chè còn nguyên vẹn, nhỏ và cánh chè nhỏ, khô cong.
Khi mua trà khô, hãy quan tâm đến cách đóng gói Trà ngon có mùi thơm dễ chịu, màu xanh trong khi pha, giữ được mùi thơm và có vị chát nhẹ nhưng hậu ngọt.
Tính chất nhiệt của chè liên quan đến quá trình sấy
1.2.1 Thành phần tính chất của chè
- Thành phần hóa học trong chè:
+ Nước là thành phần chủ yếu trong búp chè Trong búp chè ( 1 tôm + 3 lá ) hàm lượng nước thường có từ 75-82% Hàm lượng nước trong búp chè thay đổi tuỳ theo giống, tuổi cây, đất đai, kỹ thuật canh tác, thời gian hái và tiêu chuẩn hái…
+ Nhóm chất đường: Glucozơ, fructozơ,…tạo giá trị dinh dưỡng và mùi thơm khi chế biến ở nhiệt độ cao.
+ Nhóm tinh dầu: metyl salixylat, cetronellol,…tạo nên hương thơm riêng của mỗi loại chè, chịu ảnh hưởng của khí hậu, loại đất và quy trình chế biến.
+ Nhóm sắc tố: chất diệp lục, carotein, xanthophin làm cho nước chè có thể từ màu xanh nhạt sang màu xanh lục sẫm hoặc từ màu vàng đến đỏ nâu hoặc nâu sẫm
+ Nhóm axit hữu cơ: gồm 8-9 loại khác nhau, có tác dụng tăng giá trị về mặt thực phẩm và có chất tạo ra vị.
+ Nhóm chất vô cơ: kali, photpho, lưu huỳnh, flo, magie, canxi,…
+ Nhóm vitamin: C, B1, B2, PP,…: hầu hết tan trong nước do đó người ta nói nước chè có giá trị như thuốc bổ.
+ Nhóm glucozit: góp phần tạo ra hương chè và có thể làm cho nước chè có vị đắng, chát và màu hồng đỏ.
+ Nhóm chất chát (tanin): chiếm 15-30% trong chè, sau khi chế biến thì nó trở thành vị chát.
+ Nhóm chất nhựa: đóng vai trò tạo mùi thơm và giữ cho mùi không thoát đi nhanh
+ Nhóm chất keo (petin): giúp bảo quản trà được lâu vì có tính năng khó hút ẩm. + Nhóm ancal: cafein, theobromin, theophylin, adenin, guanin,…
+ Nhóm protein và axit amin: tạo giá trị dinh dưỡng và hương thơm cho chè.
+ Nhóm enzim: là những chất xúc tác sinh học quan trọng trong quá trình biến đổi của cơ thể sống.
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của chè tươi
Thành phần hóa học của lá chè tươi Hàm lượng (%)
Acid hữu cơ (citric, malic, oxalic,…) 0.5-0.6 Đường (glucozo,fructozo,saccarozo) 4-5
- Nguyên liệu trong sản xuất trà là những búp chè non gồm 1 tôm và 2 hoặc 3 lá non (chất lượng nhất vẫn là 2 lá).
1.2.2 Cấu trúc trạng thái liên kết ẩm trong chè a Cấu trúc của chè và tầm quan trọng của nước trong lá chè
- Nước trong nguyên liệu chè là môi trường xảy ra tương tác giữa các chất có trong nguyên liệu chè khi đem chế biến Nước tham gia trực tiếp vào nhiều phản ứng thủy phân, oxi hóa khử Hàm lượng nước có quan hệ mật thiết đối với quá trình chế biến chè Nếu nguyên liệu chè bị mất nước quá nhanh thì biến đổi sinh hóa diễn ra nhanh và không triệt để, đôi khi enzyme bị ức chế nếu hàm lượng nước quá thấp ( Suy ra khối lượng chè đưa vào sấy:
- Theo quy trình công nghệ sản xuất chè khô trên thực tế, thời gian sấy là 30 phút
- Khối lượng ẩm thoát ra trong mỗi giờ là:
Quá trình sấy lý thuyết
3.2.1 Thông số vật lý của không khí ở các trạng thái trong quá trình sấy
- Thông số của không khí ngoài trời( điểm 0)
- Với các thông số không khí ngoài trời ta chọn nhiệt độ thấp nhất trong năm và độ ẩm tương ứng là: t 0 = 14,9℃, φ 0 = 86% (Đà Nẵng)
- Ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau:
+ Phân áp suât bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t 0 = 14,9℃ là:
+ Độ chứa ẩm của không khí: d 0 = 0,622.1−φ φ 0 P bh 0
0 P bh0 , kga/kgkkk d 0 = 0,622.1−0,86.0,0170,86.0,017 = 0,00923 kga/kgkkk + Entanpy của không khí:
=> Như vậy không khí ngoài trời (điểm 0) có thông số: t 0 = 14,9℃, φ 0 = 86%, d 0= 0.00923 kga/kgkkk, I 0= 38,3 kJ/kgkkk
3.2.2 Tính toán các thông số của không khí tại điểm M, điểm 2’ khi có hồi lưu và lượng khí khô lưu chuyển trong TBS, nhiệt lượng tiêu hao
- Không khí sau calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) có:
- Không khí ra khỏi thiết bị sấy là trạng thái điểm (2’) có:
Các thông số trạng thái sau quá trình sấy lý thuyết: (2’) :
- Lượng chứa ẩm d2’ Để tính d2’ ta tính trước i1 và i2’ : i1= 2500 + 1,93.95 = 2683,35 kJ/kg i2’= 2500 + 1,93.35 = 2567,55 kJ/kg d 2 , C pk (t 1 −t 2 ) i 2' + d o i 1 i 2' (1+n)
, n= 0,3 là hệ số hồi lưu (0,25-0,3) =G2/G1 d2’ = 0,0041 kga/kgkkk
1−φ 2' P bh 2' , kga/kgkkk => φ 2' = 95% thoả mãn điều kiện tiết kiện nhiệt lượng do TNS mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương mà chúng ta đã đặt ra trên đây φ 2' = (90 ± 5)%
- Entanpy I2’: Khi đã biết được d2 và t2 ta dễ dàng tính I2 theo định nghĩa:
Các thông số trước khi gia nhiệt ( điểm M ):
- Nhiệt độ tM: Trước hết ta tính :
- Lượng không khí khô lưu chuyển trong TBS : l= 1 d 2' −d M = 1
- Thông số không khí sau calorifer ( điểm 1 )
- Không khí sau calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) có:
Pbh1= e (12− 235,5+95 4026,42 ) = 0,833 bar + d 1 = d M = 0,0166 kga/kgkkk d1= 0,622.1−φ φ 1 P bh1
1 P bh1 , kga/kgkkk Suy ra độ ẩm tương đối của không khí sau calorifer là:
1= 3,12 % + Entanpy của không khí sau calorifer là: I 1 = I 2' = 140,4 kJ/kgkkk
Vậy thông số không khí đi vào thiết bị sấy (1) là: t 1 = 95℃, φ 1= 3,12 %, d 1= 0,0166 kga/kgkkk, I 1= 140,4 (kJ/kgkkk) Vậy ta có thông số của TNS sau quá trình sấy lý thuyết là: t 2' = 35℃, d 2 ' =0,041 kga/kgkkk, φ 2' = 95% , I 2' = 140,4 kJ/kgkkk Vậy ta có thông số của TNS sau buồng hòa trộn là: t M = 21℃, d M = 0,0166 kga/kgkkk, I M = 61,8 kJ/kgkkk
3.2.3 Lưu lượng không khí khô lý thuyết vào buồng sấy
- Lưu lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm: lo = d 1
- Lưu lượng không khí khô lý thuyết để làm bay hơi ẩm trong một giờ:
- Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy: ttb= 0,5.(t1+t2) = 0,5.(95 + 35) = 65℃
Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy ( điểm 1) có t1= 95 C, ⁰ 1= 3,12 %, theo phụ lục 5 tài liệu , với thông số này thể tích của không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô v1 = 1,097 m3/kgkkk Tương tự, TNS sau quá trình sấy lý thuyết (điểm 2’) có t2’ 35 C, ⁰ 2’= 95% ta có v2’ = 0,942 m 3 /kgkkk.
V2’ = L0 V2’ = 17314.0,942 = 16309,79 m 3 /h Lưu lượng thể tích trung bình của TNS :
3.2.4 Xác định kích thước thiết bị vận chuyển và hầm sấy
1 Tính toán băng tải vận chuyển chè
- Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng hình chữ nhật trong đó có một hay vài băng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng tải này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống Băng tải làm bằng sợi bông tẩm cao su, bản thép hay lưới kim loại,không khí được đốt nóng trong carolifer.Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,được cuốn vào giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rãi hơn Ở loại này vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại Khi đến cuối băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ vào ngăn tháo. a) Số lượng băng tải
- Khối lượng riêng của chè có W1`%
+ Khối lượng riêng của nước : ρ n 8 kg/m 3
+ Khối lượng riêng của chè khô 24 kg/m 3
Thay vào công thức ta được :
- Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị
V1,G1, ρ 1 : Thể tích, khối lượng, khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị τ : Thời gian sấy
- Năng suất của thiết bị sấy băng tải:
Gọi B : chiều rộng của lớp băng tải h : chiều dày lớp vật liệu sấy trên băng tải trong khoảng 50-250mm, chọn h = 0,1m ω : vận tốc của băng tải (m/p), chọn ω = 0,4 m/p
Gọi Lb : chiều dài băng tải (m) ls : chiều dài phụ thêm, ls =1,0 m
Chọn B = 2 m, thay số vào phương trình ta được
Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn
Số tầng băng tải chọn là i = 3
Chọn 3 băng tải, mỗi băng tải có chiều dài 14m b) Tính con lăn đỡ băng tải
- Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh có tải: lt = A – 0,625B
A : phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu
Ta có : ρ = 57,91 < 1000 kg/m 3 Suy ra A = 1750mm
Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: l0 = 2.lt = 2.0,5 = 1 m
Nhánh có tải : n1 = 14/0,5 = 28 Chọn 28 con lăn
Nhánh không tải : n2 = 14/1 = 14 Chọn 14 con lăn
Tổng số con lăn cần dùng là: n = (n1 + n2 ) x i = (14 + 28) x 3 = 126 con
Kích thước con lăn : Đường kính : d = 120mm, chiều dài: 2000mm, vật liệu thép CT3 Kích thước bánh lăn: Đường kính d = 300mm, chiều dài: 2000mm , vật liệu thép CT3
Chiều dài làm việc của phòng sấy: Lh = Lb + 2Lbs = 14 + 2.0,5= 15 m
Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng tải là: 0,3 m
Tường xây bằng gạch, bề dày tường: δ 1 = 250 mm
Tường được phủ lớp cách nhiệt : δ 2 = 50 mm
Trần đổ bê tông dày δ 3 = 100 mm có lớp cách nhiệt δ 4 = 50 mm
- Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là :
Tính vận tốc dòng khí trong quá trình sấy lý thuyết ω k =V 0
Với ω k : vận tốc TNS trong hầm sấy
Vo : lưu lượng thể tích TNS
Suy ra vận tốc dòng khí: ω k = 4,9/3,74 = 1,31 m/s
Tác nhân sấy trong quá trình sấy thực sẽ có vận tốc lớn hơn ta giả sử ω k = 1,5 m/s
Hình 3.3 Mặt chiếu đứng của thiết bị sấy chè
Hình 3.4 Mặt chiếu bằng của thiết bị sấy chè
Hình 3.5 Mặt chiếu cạnh của thiết bị sấy chè
Vì băng tải di chuyển với tốc độ thấp ( số vòng quay của tang nhỏ ) nên vận tốc băng tải: υ= L b τ.3600A
0,5 3600=0,0227 m/s Vận tốc của tang : υ tan g = 60.υ π D = 60.0 , 0227 π 0,3 =1 , 445 v/p
Ta cần chọn nhiều bộ truyền để có tỉ số truyền lớn a) Chọn động cơ điện: Để chọn động cơ điện, tính công suất cần thiết
N: công suất trên băng tải : N = 1000 P v
Tính mbăng ta chọn băng là thép không rỉ có = 7900 kg/m 3 , bề dày = 1 mm. mbăng = LbB = 41.0,001.2.7900 = 647,8 kg mvl = G1 = 950 x 0,5 = 475 kg
= 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng
= 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn = 1: hiệu suất của khớp nối
= 0,97 2 x 0,995 3 x1 = 0,927 Để đảm bảo cho băng tải trên cùng quay đúng vận tốc đặt ra ta phải nhân thêm 0,94 2 vào hiệu suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải).
Ta chọn động cơ loại A02-41-8, bảng 28[9] T323 ta có các thông số sau:
+ Công suất động cơ: Nđc = 2,2 kW
+ Số vòng quay động cơ: nđc = 720 v/ph
Tính toán quá trình sấy thực tế
3.3.1 Tổn thất nhiệt của thiết bị sấy trong quá trình sấy
- Khi vận hành làm việc buồng sấy thì tổn thất nhiệt của hệ thống sấy bao gồm các tổn thất sau:
+ Tổn thất do vật liệu sấy mang đi: Q v (kJ/h), q v (kJ/kg ẩm)
+ Tổn thất ra môi trường của kết cấu bao che: Q MT (kJ/h), q MT (kJ/kg ẩm)
3.3.2 Tổn thất do VLS mang đi Để tính tổn thất do VLS mang đi trước hết phải biết nhiệt độ ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng của nó Cv2 Theo kinh nghiệm sấy nông sản nhiệt độ VLS ra khỏi TBS lấy thấp hơn nhiệt độ TNS tương ứng 5-10 o C Trong hệ thống sấy của chúng ta, VLS và TNS chuyển động ngược chiều nên: tv2=t1-(5-10) o C Vì vậy, ta lấy tv2= 95-1085 o C Nhiệt dung riêng của chè có thể lấy Cvk = 1.5 kJ/kg.K Do đó, nhiệt dung riêng của chè ra khỏi hầm sấy Cv2 bằng:
Cv2 = Cvk(1- ω k ) + C a ω k = 1,5(1-0,05) + 4,18.0,05 = 1,634 kJ/kg.K Tổn thất nhiệt do VLS mang đi bằng:
Qv = G2Cv2(tv2-tv1) = 400 1,634.(85-20)= 42484 kJ/h qv = Qv/W = 42484/550 = 77,24 kJ/kg ẩm
Với G 2 là khối lượng VLS mang ra, kg
W : lượng ẩm cần tách kg/h
3.2.3 Tổn thất qua kết cấu bao che
* Tổn thất qua kết cấu bao che là phức tạp nhất gồm 3 phần sau: qua bề mặt tường xung quanh, trần và nền.
1 Tổn thất qua nền buồng sấy
- Tổn thất qua nền phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo nền và cả địa tầng Mặc dù nền các thiết bị đều được xử lý bằng bê tông gạch vỡ và lát xi măng Nhưng theo kinh nghiệm, ở những vùng nền ẩm ướt tổn thất nhiệt này vẫn rất lớn so với nền đất khô ráo Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu về tổn thất nền, do đó ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế của Nga Bảng số liệu tổn thất qua nền phụ thuộc vào khoảng cách X(m) giữa tường thiết bị sấy với tường phân xưởng và nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy.
- Tra bảng 7.1 TL2 trong trường hợp này với nhiệt độ trung bình của TNS là 65 0 C và cách tường 2 m nên ta chọn qn= 40,1 W/m 2
2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu tường bao
- Kết cấu tường bao được xây bằng gạch đỏ dày 0,25 m Trong đó kết cấu cụ thể như sau: a 1
Hình 3.6 Kết cấu tường xây
+ Lớp vữa mặt trong và mặt ngoài có cùng độ dày là δ 1 = δ 3 = 0,025m
- Tra bảng 3.1 TL3 được λ 1 = λ 3 = 0,93 W/mK và λ 2 = 0,77W/mK
- Mật độ dòng nhiệt q (W/m 2 ) truyền qua 1 đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt:
+ Trong kỹ thuật sấy, nhiệt độ bề mặt vách sẽ không biết được, ta chỉ biết được nhiệt độ dịch thể nóng t f 1e o C (là nhiệt độ trung bình của TNS) và nhiệt độ dịch thể lạnh t f 2 = 14,9 o C (là nhiệt độ không gian bao quanh buồng sấy)
- Mật độ dòng nhiệt truyền qua hai tường bên q:
+ Nhiệt độ mặt trong của tường hầm sấy t w 1= 58,32 o C
+ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với mặt trong tường hầm sấy α 1 = 13.231 W/m 2 K
+ Nhiệt độ mặt ngoài của tường hầm sấy t w 2= 36,5 o C
+ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa mặt ngoài hầm sấy với không khí ngoài trời : α2= 4,423 W/m 2 K
+ Mật độ dòng nhiệt truyên qua 1 đơn vị diện tích tường bao là qt = 79,9 W/m 2 287640 kJ/m 2 h
- Diện tích tường bao: do 2 tường trước và sau có diện tích cửa chiếm phần lớn, còn lại khoảng 20% là tường nên ta có:
- Suy ra tổn thất qua tường bao:
- Theo giáo trình truyền nhiệt thì khi tính tổn thất nhiệt cho trần thì hệ số α đối lưu của trần bằng 1,3 lần hệ số α đối lưu của tường bên, nên ta có: αtr= 1,3.αt=1,3.13,231 = 17,2 W/m 2 K qtr= 1,3.qt= 1,3.79,9 = 103,87 W/m 2
- Tổn thất qua trần là: Qtr = qtr.Fn = 103,87.15,2.2,3= 3631 W= 13071,6 kJ/h
- Đầu buồng sấy có cửa làm bằng nhôm dày δ 4 = 5mm, có hệ số dẫn nhiệt λ 4 0,5WW/mK
- Cửa phía TNS vào có độ chênh nhiệt độ ( t 1 - t 0) còn cửa đầu ra có độ chênh nhiệt độ bằng ( t 2 - t 0) Do đó ta có:
5 Tổng tổn thất qua kết cấu bao che
- Vậy tổng tổn thất qua kết cấu bao che:
- Nếu tính cho 1 kg ẩm thì q bc = Q bc
- ∆ = C a t v 1 - qvc- q v - q bc =4,18.14,9 – 64,42 – 77,24 – 83,664= -163,04 kJ/kg ẩm
3.3.5 Xác định các thông số TNS sau quá trình sấy thực tế
Các thông số TNS sau quá trình sấy thực:
Ta tính trước các đại lượng: i1 - ∆ = 2683,35 + 163,04 = 2846,39 kJ/kg i2 - ∆ = 2567,55 + 163,04 = 2730,59 kJ/kg
2' P bh 2' , kga/kgkkk => φ 2' = 93% thoả mãn điều kiện tiết kiện nhiệt lượng do TNS mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương mà chúng ta đã đặt ra trên đây φ 2' = (90 ± 5)%
Các thông số ở điểm hoà trộn M:
- Nhiệt độ tM Trước hết ta tính :
- Lượng không khí khô lưu chuyển trong TBS : l= 1 d 2 −d M = 1
Thông số không khí sau calorifer ( điểm 1 )
- Không khí sau calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) có:
1 P bh1 , kga/kgkkk Suy ra độ ẩm tương đối của không khí sau calorifer là:
+ Entanpy của không khí sau calorifer là: I1 8,58 kJ/kgkkk
Vậy thông số không khí đi vào thiết bị sấy (1) là: t 1 = 95℃, φ 1= 3,02 %, d 1= 0,0161 kga/kgkkk, I 1= 138,58 (kJ/kgkkk) Vậy ta có thông số của TNS sau quá trình sấy lý thuyết là: t 2 = 35℃, d 2 =0,039 kga/kgkkk, φ 2= 93% , I 2 = 135,27 kJ/kgkkk
Vậy ta có thông số của TNS sau buồng hòa trộn là: t M = 21℃, d M = 0,0161 kga/kgkkk, I M = 60,68 kJ/kgkkk
Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực (đường I Tổng lượng nhiệt có ích và các tổn thất: q’ q’= q1 + q2 + qv + qTBTT + qMT, kJ/kgẩm q’= 2505,27 + 690,21 + 77,24 + 64,42 + 83,664 = 3382,7 kJ/kgẩm
Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất nhiệt lượng phải bằng nhiệt lượng tiêu hao do có thể có sai số trong quá trình tính toán Sai số tuyệt đối được tính bằng giá trị tuyệt đối của hiệu giữa nhiệt lượng tiêu hao và nhiệt lượng có ích: |Δq| = |q - q'| = 19,05.
- Sai số tương đối bằng: ε = ∆ q q 100% = 3401,75 19,05 100% = 0,56%
=> Như vậy ta chấp nhận các thông số tính toán như trên.
STT Đại lượng Kí hiệu kJ/kg ẩm %
2 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy q 2 690,21 20,17
3 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy q v 77,24 2,25
4 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải q TBTT 64,42 1,88
5 Tổn thất nhiệt do môi trường q mt 83,664 2,45
6 Tổng nhiệt lượng tính toán q ' 3420,8 100
7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3401,75 100
- Từ bảng cân bằng nhiệt ta có nhận xét sau:
+ Hiệu suất nhiệt của thiết bị sấy: η = 73,23 %
+ Trong tất cả các tổn thất thì tổng tổn thất do tác nhân sấy mang đi là lớn nhất, tiếp đó là tổn thất qua kết cấu bao che,còn tổn thất do vật liệu sấy mang đi và do thiết bị chuyển tải là bé nhất xem như ko đáng kể.
- Tính công suất nhiệt của hệ thống sấy:
- Nhiệt lượng tiêu hao để sấy một giờ là:
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ CỦA THIẾT BỊ SẤY CHÈ BẰNG HẦM SẤY
Tính chọn calorifer
Trong kĩ thuật sấy thường sử dụng hai loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói Đối với hệ thống sấy hầm người ta thường sử dụng calorifer khí – hơi Trong đồ án này tôi cũng chọn calorifer hơi – khí. Calorifer là thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi bão hòa khô ngưng tụ và ngoài ống là không khí ẩm chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng của hơi nước α n rất lớn so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí α k Theo lý thuyết nhiệt, thường làm cánh về phía không khí ẩm để tăng cường TĐN Như vậy, calorifer hơi – khí trong kĩ thuật sấy thường là loại ống cánh có vách.
Hình 4.1 Một loại calorifer khí – hơi
4.1.1 Các thông số cơ bản thiết kế calorifer
- Calorifer được tính toán thiết kế dựa trên hai phương trình cơ bản là phương trình truyền nhiệt và phương trình cân bằng nhiệt:
- Phương trình cân bằng nhiệt cho môi chất nhả nhiệt và môi chất nhận nhiệt :
Khi bỏ qua tổn thất nhiệt thì Qtt = 0
- Với yêu cầu tính toán của thiết bị sấy cần nâng nhiệt độ của tác nhân sấy từ nhiệt độ sau khi hoà trộn trong buồng hoà trộn t M = 21℃ lên đến t 1 = 95 ℃, do vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra, ta chọn áp suất hơi bão hoà khô là p = pN 2,025 ứng với nhiệt độ hơi bão hòa khô là t w 1 = 120 ℃, nhiệt ẩn hoá hơi r 2207 kJ/kg.
- Với công suất nhiệt của calorifer yêu cầu trong quá trình sấy thực ở trên ta có:
- Chọn hiệu suất của calorifer là 90% (10% còn lại là tổn thất do bám bụi, vật liệu bị ăn mòn, …) Do vậy công suất nhiệt mà hơi nước cần truyền cho tác nhân sấy là:
Ta chọn 1 calorifer: Q Cal = 572 kW
=> Lượng hơi vào calorifer yêu cầu là:
D = Q C r = 2207 572 = 0,26 kg/s = 936 kg/h cũng là sản lượng hơi của lò hơi được chọn để cấp hơi cho calorifer
1 Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của calorifer
- Ta chọn sơ bộ ống trao đổi nhiệt là các ống có cánh với các thông số kích thước sau:
+ Ống thép CT10 có kích thước đường kính ngoài và trong: d d 2
1 = 27 21 mm mm + Chiều dài mỗi ống l = 1 m, ống thép có hệ số dẫn nhiệt λ = 110 W/mK
+ Cánh được làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt λ c = 110 W/mK
+ Chiều dày cánh δ c = 0,5mm; Đường kính cánh d c = 67 mm; Bước cánh t 3mm
+ Ống xếp song song với bước ống ngang: S 1 = 44 mm; bước ống dọc: S 2 = 44 mm.
F 1 c : Diện tích phần cánh của một ống F 1 0 : Diện tích phần không cánh của một ống
F 1 2 : Diện tích ngoài của một ống có cánh ( phía không khí )
F 1 1 : Diện tích trong của một ống có cánh ( phía hơi nước ngưng tụ )
- Số cánh trên một ống với Sc = t + δ c = 3 + 0,5 = 3,5 mm n c = S L c = 1000 3,5 = 286 cánh/ống
- Diện tích cánh 1m ống là :
- Diện tích khoảng cách giữa các cánh:
- Đường kính tương đương của ống : d E F l 0 d 2 +F c l √ 2 F n c l c
- Chọn tốc độ của tác nhân sấy vào calorifer là: ω = 3,5 m/s, suy ra:
- Tốc độ không khí tại khe hẹp của cánh là ω max ω
- Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorifer :
- Các thông số của không khí tại 58 o C :
- Tiêu chuẩn Re của không khí :
- Ống xếp sole ta có :
- Hệ số toả nhiệt của cánh : α c =Nu f λ d E 3 0,02886
- Hệ số toả nhiệt của phía ống có cánh : α 2 =α c F l c
- Hiệu suất làm cánh η c được tra trên đồ thị theo d d c
Với : ε c : hệ số làm cánh ε c =1+n c (d c 2
- Hệ số toả nhiệt α 1khi hơi nước ngưng trong ống : α 1 =0,725.√ 4 μ ∆ t r λ 3 1 ρ d 2 1 r = 2207.10 3 J/kg ( tra ở trên )
- Nhiệt độ trung bình của môi chất ngưng tụ trong ống : t m =t ngưng +t w
Các thông số của nước và hơi bão hoà ở 118,5 o C :
- Kiểm tra lại chênh lệch nhiệt độ ∆ t 1: q 1 =k ∆ tVới ∆ t là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình:
7057 ,64 => Sai số rất nhỏ Số cuộn màng bọc bảo ôn: 1 cuộn
Hình 6.11 Màng bọc bảo ôn cách nhiệt Lenzing Jacketing 570
6.1.5 Quạt chọn quạt có MODEL APL - 5 - 7I của nhãn hiệu Phương Linh, giá: 6,950,000đ
Bảng dự toán
STT Danh mục Đơn vị
Số lượng Đơn giá Thành tiền Ghi chú Hầm sấy
1 Vật liệu bao quanh hầm sấy viên 3500 780 2,730,000 Gạch đặc cốt liệu
2 Vật liệu cách nhiệt m 2 64 46,800 2,995,200 Tấm cách nhiệt CT 8A2
1 Băng tải cấp liệu băng 3 4,600,000 13,800,000 Băng tải lưới inox lỗ 1x1 mm
2 Gầu tải cấp liệu bộ 1 2,750,000 2,750,000 Chiều cao nâng vật liệu 5m
5 Động cơ băng tải bộ 1 2,000,000 2,000,000 Động cơ loại
Hộp giảm tốc 2.2 kW 3HP, tỉ số truyền 80
7 Nhân công lắp đặt người 2 200,000/ ngày 2,000,000 Thi công trong 5 ngày
8 Vật tư phụ hệ 1 2,000,000 2,000,000 Que hàn, bu lông, roăng,
1 Vật liệu bao quanh tấm 3 18,500 55,500 Thép mạ kẽm
2 Ống calorifer ống 90 18,500 1,665,000 Ống thép
1 500,000 500,000 Que hàn, bu lông, roăng,
1 Chi phí thiết kế - giám sát hệ 1 15000000 15,000,000
Tổng chi phí đầu tư 98,475,700