Khái niệm sấy
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 [1]
Mục đích quá trình sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng.
Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết ở đó vi khuẩn, nấm 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 sản phẩm [1] Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian [2].
Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuyếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh [2] Tóm lại trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra ngoài môi trường Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có qua lại lẫn nhau [1].
Bản chất quá trình sấy
Bản chất sấy là quá trình khuếch tán bao gồm quá trình khuyếch tán ẩm từ bên trong ra lớp bề mặt bên ngoài của vật liệu và quá trình chuyển hơi nước từ bề mặt ngoài vật liệu ra môi trường xung quanh [1].
Bản chất quá trình sấy: chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi,quá trình xảy ra khi áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật liệu lớn hơn
Phân loại phương pháp sấy và thiết bị sấy
● Phân loại phương pháp sấy
● Phân loại theo cách cấp nhiệt + Phương pháp sấy đối lưu
Nguyên lý: dùng tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp để chuyển động chảy trùm lên vật liệu sấy làm cho ẩm trong vật liệu sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy [3].
Trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật liệu ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) Trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt [3].
Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm, sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục [4].
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu [4]
Phương pháp sấy tiếp xúc áp dụng trao đổi nhiệt bức xạ để gia nhiệt cho vật ẩm Nguồn nhiệt thường là đèn hồng ngoại hoặc bề mặt rắn có nhiệt độ cao bức xạ nhiệt tới vật ẩm Trong phương pháp này, môi chất sấy không có chức năng gia nhiệt cho vật ẩm.
Trong phương pháp sấy này việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn [3].
+ Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần Trong phương pháp này người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao Vật ẩm sẽ được nóng lên Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật [3].
● Phân loại theo chế độ thải ẩm [3]
+ Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển
Trong phương pháp này thì áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100℃, ẩm tự, ẩm tự thoát vào môi trường.
+ Phương pháp sấy chân không Trong phương pháp này áp suát trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy không thể dùng môi chất sấy để thải ẩm Việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm Trường hợp này chỉ dùng máy hút chân không thì máy hút chân không đảm nhiệm hút toàn bộ hơi ẩm thoát ra từ vật để thải vào môi trường Trong trường hợp dùng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm thì máy hút chân không có nhiệm vụ tạo chân không ban đầu (lúc khởi động máy) và hút khí không ngưng khi thiết bị làm việc, còn thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết thành tuyết và được thải ra ngoài dưới dạng lỏng.
Khi sấy chân không ở trạng thái dưới điểm ba thể của nước (p=4,58mmHg; t=0,0098℃, ẩm tự) ẩm trong vật ở thể rắn và ở vùng thăng hoa của chế độ nhiệt nên việc hóa hơi ẩm là quá trình thăng hoa Ẩm thoát ra sẽ ngưng thành băng tuyết trong thiết bị ngưng kết ẩm và thải ra ngoài bằng cách xả băng Trường hợp này gọi là phương pháp sấy thăng hoa.
+ Phương pháp sấy dùng nhiệt
Trong phương pháp này người ta phải gia nhiệt không khí đưa vào buồng sấy hoặc gia nhiệt không khí ngay trong buồng sấy Phương pháp sấy đối lưu là một phương pháp sấy dùng xử lý nhiệt Khi gia nhiệt cho không khí, nhiệt độ không khí tăng lên, độ ẩm tương đối giảm còn độ chứa hơi không đổi Khi không khí tiếp xúc với vật sẽ truyền nhiệt cho vật để ẩm bốc hơi, đồng thời do không khí có độ ẩm tương đối thấp nên chênh lệch phân áp suất hơi ở bề mặt vật và không khí sẽ đủ lớn làm cho ẩm thoát ra dễ dàng Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật càng lớn tốc độ bốc hơi ẩm càng lớn, thời gian sấy càng nhỏ, vật khô càng nhanh.
Tuy nhiên còn phụ thuộc vào quá trình truyền ẩm bên trong vật sấy.
Phương pháp sấy xử lý ẩm bằng cách hút hơi ẩm trong không khí Sau khi hút, khả năng chứa hơi của không khí giảm, dẫn tới độ ẩm tương đối giảm Mặc dù nhiệt độ không đổi, nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm, làm tăng độ chênh lệch nhiệt độ ∆ t.
Trị số ∆ t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chênh lệch phân áp suất hơi nước ở bề mặt vật và không khí Phương pháp này có nhược điểm là chỉ sấy được ẩm tự do, việc sấy ẩm liên kết rất khó khăn Mặt khác do nhiệt độ không khí không cao, thời gian sấy dài nên vật sấy dễ hỏng do vi khuẩn Vì vậy phương pháp này chỉ dùng dể sấy một số vật liệu sấy không bị ôi thiu, mốc ở nhiệt độ môi trường. Để khử ẩm của không khí có thể dùng hai cách a) Dùng các chất hút ẩm rắn
Chất hút ẩm như silicagen có thể dùng để hút ẩm không khí trước khi đưa vào buồng sấy hoặc hút ẩm không khí ngay trong buồn sấy. b) Dùng máy hút ẩm
Dùng máy hút ẩm để duy trì độ ẩm tương đối của không khí trong buồng sấy có giá trị thích hợp nhằm duy trì quá trình truyền nhiệt, bốc hơi ẩm ở vât sấy và thoát ẩm vào môi trường.
+ Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm a) Dùng chất hút ẩm rắn
Không khí được thổi qua lớp chất rắn để giảm độ chứa hơi, sau đó qua caloriphe để gia nhiệt rồi đưa vào buồng sấy Dùng phương pháp này không khí vào buồng sấy có nhiệt độ cao và độ ẩm tương đối thấp nên khi tiếp xúc với vật sấy sẽ tăng đáng kể tốc độ bốc hơi ẩm giảm thời gian sấy Tuy vậy phương pháp này không thích hợp với vật liệu không cho phép nứt, cong vênh và vật liệu dày. b) Dùng bơm nhiệt để hút ẩm và gia nhiệt Dùng bơm nhiệt trong phương pháp này rất thích hợp Không khí được đưa qua giàn lạnh, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ và thoát ra ngoài làm cho độ chứa hơi giảm, Sau đó không khí qua giàn nóng của bơm nhiệt để gia nhiệt đẳng dung ẩm làm cho nhiệt độ tăng lên, độ ẩm tương đối giảm Dùng phương pháp này ta có thể duy trì nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí thích hợp Tuy nhiên dùng phương pháp này nhiệt độ môi chất sấy thấp thường gần nhiệt độ môi trường vì vật chỉ thích hợp với một số vật liệu, không sấy được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt độ môi trường: ôi, thiu, mốc,
● Phân loại các thiết bị sấy
● Thiết bị sấy đối lưu
Nguyên lí của quá trình sấy
Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự:
Gia nhiệt vật liệu ẩm => Cấp nhiệt để khuếch tán ẩm trong vật liệu => Đưa hơi ẩm thoát khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp xuất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh.
Tốc độ sấy phụ thuộc vào hai yếu tố là nhiệt độ sấy và độ ẩm không khí xung quanh Do đó, quá trình sấy được chia làm hai giai đoạn: mặt tĩnh lực học và mặt động lực học.
Cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt là nền tảng của phương pháp tiếp cận mặt tĩnh lực học để xác định độ ẩm ban đầu và độ ẩm sau sấy của vật liệu và tác nhân sấy Nhờ đó, ta có thể xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy.
Mặt động lực học tập trung nghiên cứu sự phụ thuộc giữa quá trình thay đổi độ ẩm của vật liệu với các yếu tố của quá trình sấy, bao gồm tính chất cấu trúc, kích thước vật liệu sấy và điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy Thông qua mối quan hệ này, mặt động lực học giúp xác định chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy tối ưu, đảm bảo quá trình sấy hiệu quả.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Nồng độ chất khô của nguyên liệu: nồng độ cao giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun,
Nhiệt độ tác nhân sấy: đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun, độ ẩm bột của sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Tiu nhiên việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt độ và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho quá trình.
Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy.
Tổng quan về nguyên liệu chanh dây
Nguồn gốc
Chanh dây tên gọi thông thường: Passion fruit, chanh dây, mác mác, lạc tiên, còn có tên khoa học là Passiflora edulis, là một loài dây leo thuộc họ Lạc tiên (Passifloraceae) Có nguồn gốc từ các nước Nam Mỹ (Argentina, Paraguay và Brasil) nhưng đã phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới Loài cây này được trồng khắp vùng nhiệt đới và bán nhiệt đới từ Ấn Độ, Sri Lanka, NewZealand, vùng Caribe, Brasil, Columbia, Ecuador, Indonesia, Peru, California, Florida, Hati, Hawaii, Úc, Đông Phi, Mexico, Israel và Nam Phi [7]
Giới: Plantae Bộ: Malpighiales Họ: Passifloraceae Chi: Passiflor Loài: P incarnata [8]
Nguồn gốc 2 giống chanh dây được canh tác phổ biến ở Việt Nam [7]:
+ Giống chanh dây vỏ vàng có xuất xứ từ Sirilanca, Urganda và Hawaii có mặt ở Việt Nam với tên gọi là chanh dây.
Giống chanh dây vỏ tím có nguồn gốc từ Australia và Đài Loan, phù hợp với những vùng khí hậu mát mẻ Nhiệt độ thích hợp trung bình từ 18 – 20℃, độ ẩm cao và cao độ từ 800 – 1000m Điểm đặc biệt của loại chanh dây này là khả năng ra hoa và đậu trái quanh năm, đem lại năng suất rất cao.
Phân loại
Chanh dây có khoảng 400 loại được trồng ở các nước nhiệt đới, nhưng trong đó chỉ có 30 loại có thể ăn được Có 3 loại chanh dây phổ biến: chanh dây tía (Passiflora edulis), chanh dây vàng (Passiflora edulis flavicarpa), chanh dây lam (Passiflora coerulea) Nhưng ở Việt Nam thường thấy hai loại phổ biến nhất là Passiflora edulis (quả tía) và Passiflora edulis flavicarpa (quả vàng) [9].
Ngoài ra, trên thế giới còn có các loại chanh dây khác như: chanh dây chuối (Passiflora tripartita var mollissima), chanh dây khổng lồ (Giant passionfruit) và Granadilla (Passiflora ligularis)
❖ Chanh dây giống Passiflora edulis (vỏ tím) [10]:
Chanh dây giống Passiflora edulis có quả màu tím đến tím sậm, trái nhỏ Cây có tua dây, nhành và gân lá màu xanh Dạng này phổ biến ở vùng có khí hậu mát như: Đà Lạt, Tây Nguyên và cho hương vị trái ngon nhất Bên trong trái chanh dây chứa nhiều hạt, vị chua, ngọt mát Giống chanh dây tím khá dễ trồng, thời gian thu hoạch nhanh chóng, năng suất vượt trội Cây chanh dây tím có thể sinh trưởng tốt trong chậu hoặc thùng xốp Nếu điều kiện cho phép, bạn có thể cho cây leo giàn để tạo bóng mát vừa tận hưởng quả ngọt bốn mùa.
Hình 1.11 Chanh dây dạng quả tía
❖ Chanh dây giống Passiflora edulis flavicarpa (vỏ vàng) [10]:
Chanh dây giống Passiflora edulis flavicarpa khi chín vỏ có màu vàng sáng, hình dáng tương đương chanh dây tím nhưng hơi dài hơn so sánh với chanh dây tím, lớn hơn chanh dây tím, kích cỡ gần bằng trái bưởi nhỏ Cây có tua dây, nhánh và gân lá ửng đỏ tím Hoa lớn và có tràng màu tím sậm hơn dạng trái tím, đồng thời dây cũng mọc mạnh hơn Dạng này chịu nóng, thích hợp với vùng có cao độ thấp như ở Đồng bằng Sông Cửu Long.
Hình 1.12 Chanh dây dạng quả vàng
❖ Chanh dây chuối (Passiflora tripartita var mollissima) [11]: Đây là giống chanh dây có nguồn gốc từ Nam Mỹ với thân hình thon dài bầu dục, nhìn giống như một trái chuối, chiều dài trái có thể lên đến hơn 12cm Khi non vỏ có màu xanh và dần chuyển sang vàng, vàng nâu khi chín Hoa của nó có màu hồng tươi, dài và hẹp Vị của chanh leo chuối khá giống chanh leo thông thường.
Giống cây này có thể trồng quanh năm và thu hái trái liên tục, từ khi cây ra hoa đến lúc thu hoạch quả chỉ khoảng 60-90 ngày.
Chanh dây khổng lồ có nguồn gốc từ Nam Mỹ, đặc trưng bởi kích thước khổng lồ với chiều dài lên đến 30 cm, trọng lượng vượt trội so với các giống khác Quả có hình bầu dục hoặc elip, vỏ xanh mỏng, ruột trắng hoặc vàng Khi chín, quả chuyển từ màu xanh nhạt sang vàng đậm, tạo nên vẻ ngoài bắt mắt và hấp dẫn.
Vỏ quả mịn màng, có gân mờ, dẻo như sáp Thịt quả bên trong dày dặn và mềm hơn khi chín Bên trong quả chứa các hạt nhỏ màu nâu đen, thơm, ngọt mùi quả lê.
Dù hương vị của chanh dây khổng lồ không ngon bằng các giống khác, nhưng vẫn được dùng để chế biến thức ăn, nước uống.
❖ Chanh dây giống Granadilla (Passiflora ligularis) [10]: Đây là một loại trái cây nổi tiếng của Nam Mỹ, đặc biệt tập trung ở Peru, còn được gọi là chanh leo ngọt Chúng được xếp vào danh sách top đầu những loại quả ngon và đắt đỏ nhất thế giới Vì thế, chúng được đánh giá là giống cây ăn trái mang lại lợi nhuận kinh tế cao
Trái xoài khi chín có lớp vỏ chuyển sang màu cam, hình dáng bầu dục dài từ 6,5 - 8 cm Đặc điểm nổi bật của xoài là hương vị hấp dẫn, khi thưởng thức, thực khách sẽ cảm nhận được vị chua nhẹ của chanh hòa quyện cùng vị ngọt thanh mát của đào và xoài, tạo nên một sự kết hợp hài hòa, kích thích vị giác.
Đặc điểm và cấu tạo của chanh dây
Chanh leo thuộc loại cây dây leo, sống lâu năm, có chiều dài khoảng 3-15 cm, là loại cây dễ trồng, không kén đất Khoảng nhiệt độ thích hợp nhất cho sự phát triển của cây rơi vào khoảng từ 15-30℃, ẩm tự với nền nhiệt khí hậu ấm, điều kiện đầy đủ ánh sáng Chanh dây ưa độ ẩm cao, chính vì vậy khi trồng cần đảm bảo tưới đủ nước cho cây phát triển, đặc biệt là các mùa hanh khô.
Nếu gặp tình trạng thiếu nước, cây chanh dây sẽ đồng loạt bị rụng hoa, rụng quả hoặc quả sẽ bị teo khô, rút hết nước và mất hoàn toàn giá trị sử dụng sau thu hoạch Đây là một đặc điểm đặc biệt cần lưu ý của loại cây này.
Thân cây chanh dây tròn trịa, lúc non có màu xanh, khi về già chuyển nâu, bề mặt trơn láng hoặc phủ lông tơ mềm mịn Đặc điểm nổi bật của thân chanh dây là có tua cuốn dài và mang lá ở mỗi đốt So với các loài lạc tiên khác, chanh dây sở hữu thân cứng cáp nhất trong chi Nhờ những tua cuốn này mà chanh dây có thể dễ dàng bám víu và leo lên các giá thể khác.
+ Lá: Lá mọc xen có kích thước khoảng 6-15cm., mang lá kèm ở mỗi đốt Cuống lá dài 2-5 cm, bìa phiến có răng cưa nhỏ, tròn đầu, màu xanh đậm và bóng, các lá hình chân vịt với thùy mọc so le.
+ Hoa: Hoa đơn độc, mọc từ nách lá, đẹp, thơm, đường kính 7,5-10 cm với cuống dài 2-5 cm Có 5 cánh màu trắng tím với 5 đài hoa trắng mọc xen nhau, hình dáng lạ mắt, hoa hình tròn xòe rộng, màu trắng ở giữa, nổi bật vòng màu tím là nhị và nhụy hoa Mỗi hoa mang 5 nhị đực với 5 chỉ dính nhau thành ống ở đáy và tách rời ở phần mang bao phấn Hoa được thụ phấn nhờ một số loài côn trùng như ong nghệ sẽ đậu trái, nhưng nếu cây tự thụ phấn thì không có quả.
Trái chanh dây, còn được gọi là quả lạc tiên, có hình dáng bầu dục hoặc tròn, dài từ 4,5 - 7cm Khi chín, vỏ quả chuyển sang màu tím sẫm hoặc vàng chanh và tự rụng khỏi cây Vỏ quả mỏng, cứng, trong khi bên trong chia thành các múi màu xanh lục nhạt chứa đầy hạt có cơm mềm và tỏa ra hương thơm quyến rũ Phần dịch quả chiếm khoảng 40% trọng lượng trái, giàu axit, đường và có thể chế biến thành các loại nước giải khát, rượu hoặc mứt hấp dẫn.
+ Hạt: Hạt màu nâu đen, bên ngoài vỏ hạt có lớp áo hạt màu trắng trong, các hạt và áo hạt tạo thành ruột chanh Hầu hết các chất dinh dưỡng của quả chanh dây tập trung ở ruột chanh (áo hạt), còn hạt chanh hầu như không có giá trị dinh dưỡng,khi vào cơ thể hạt chanh dây không tiêu hoá được.
Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng
❖ Thành phần hóa học trong dịch quả chanh dây:
Trong dịch quả chanh dây có chứa các acid hữu cơ tự do: Acid citric, Acid aspartic và các acid khác có liên quan chiểm khoảng 95% tổng số các acid.
Trong quả chanh dây có chứa nhiều Phospho.
Một quả to hay hai quả đều nhỏ có thể cung cấp khoảng 10% nhu cầu
Phospho hàng ngày cho cơ thể, rất cần cho răng và xương.
Chanh dây có thể cung cấp năng lượng cho cơ thể Sẽ có khoảng 84 calo cho 100g quả hoặc một quả chanh dây 60g sẽ cho khoảng 70 calo.
Sắt cũng là chất có nhiều trong quả chanh dây 100g quả có thể cung cấp khoảng 10% nhu cầu sắt hàng ngày cho cơ thể Điều này giúp cơ thể chống mệt mỏi và thiếu máu.
Trong mỗi quả chuối chứa khoảng 348mg Kali cho mỗi 100g quả Kali có tác dụng cân bằng nồng độ natri trong cơ thể, giúp giảm nguy cơ tăng huyết áp nếu được sử dụng với lượng vừa phải.
Chanh dây có nhiều chất xơ giúp tăng nhu động ruột Có hơn 10g chất xơ cho 100g quả, đây là một trong những quả có nhiều chất xơ nhất chỉ sau hạnh nhân và dừa.
Trong quả chanh dây có chứa nhiều vitamin C Chỉ cần 2 quả có thể cung cấp 30- 35% nhu cầu hàng ngày cho cơ thể, ngoài ra là nguồn cung cấp vitamin A và flavonoides.
Các Chất Khoáng Vi lượng
Chúng cũng giàu các hợp chất thực vật có lợi, bao gồm carotenoids và polyphenol.
Trên thực tế, một nghiên cứu cho thấy đây là loại quả giàu polyphenol hơn nhiều loại trái cây nhiệt đới khác (bao gồm cả chuối, vải thiều, xoài, đu đủ và dứa).
Tính chất vật lý cơ bản
Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,635 W/mC [13] Độ ẩm vật liệu sấy:
+ Độ ẩm của chanh dây trước khi sấy: 40%
+ Độ ẩm của chanh dây sau khi sấy: 5%
Nhiệt độ sấy cho phép: t = 145÷185℃, ẩm tự [14]
Tổng quan về hệ thống sấy phun
Hệ thống sấy phun [15]
Hệ thống sấy phun dùng để sấy các dung dịch huyền phù như trong công nghệ sản xuất sữa bột Thiết bị sấy trong hệ thống sấy phun là 1 hình chóp trụ, phần chóp quay xuống dưới Dung dịch huyền phù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù Tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt-ẩm với sương mù vật liệu sấy và thải vào môi trường Do sản phẩm sấy ở dạng bột nên trong hệ thống sấy phun tác nhân sấy trước khi thải vào môi trường bao giờ cũng đi qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy bay theo Vật liệu khô được lấy ra ở đáy chóp bán liên tục hoặc liên tục.
Hình 1.13 Hệ thống sấy phun
Phương pháp sấy [15]
Nguyên lý: một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40÷60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ 150÷300℃, ẩm tự trong buồng sấy lớn Kết quả là hơi được bốc đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng [16].
Là phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy nóng tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nong Do tác nhân sấy được đôt nóng nên độ ẩm tương đôi giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy giảm Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng Như vậy trong các hệ thống sấy nóng ó hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệ sấy và môi trường: cách thứ nhất là giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy Tron các hệ thống sấy đối lưu người ta sử dụng cả hai cách này Trái lại, trong các hệ thống sấy bức xạ sấy tiếp úc và hệ thống sấy dùng dòng đện cao tần chỉ sử dụng cách đốt nóng vật.
Tóm lại nhờ đốt nóng hoặc cả tác nhân sấy lẫn vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật nước trong tác nhân sấy tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường.
Chế độ sấy [17]
Chế độ sấy là quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy sang vật liệu sấy, ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ tác nhân sấy, tốc độ tác nhân sấy, chiều dày vật liệu sấy, thời gian sấy Chế độ sấy hồi lưu một phần nhằm giảm tổn thất nhiệt bằng cách tái sử dụng một phần tác nhân sấy đã qua quá trình sấy Có hai loại chế độ sấy hồi lưu một phần là hồi lưu trước caloriphe và hồi lưu sau caloriphe Đồ thị I-d minh họa sự khác biệt giữa các chế độ sấy này, cho thấy chế độ sấy hồi lưu có hiệu suất sấy cao hơn so với chế độ không hồi lưu.
Hình 1.14 Hình Đồ thị I-d và sơ đồ thiết bị sấy hồi lưu
Thông thường nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy do tính chất của vật liệu sấy quyết định Còn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t 2 do người thiết kế quyết định theo nguyên tắc sau: nhiệt độ t 2càng bé thì tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi càng bé nhưng trạng thái tác nhấn sấy sau thiết bị sấy phải đủ xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu sấy đã được sấy khô Thường chọn t 2 với điều kiện 80%< φ 2 ԑ1 = 1,28 (Tra từ bảng V.2/p.15, [18]) Với Re = 108241,5 và ɛ1= 1,28
Tại 127,5 0 C thì λ= 3,39.10 − 2 (W/m.độ) Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1
Hệ số cấp nhiệt α 1 '=Nu× λ
Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên theo công thức : α 1= {Nu×λ} over {Dλ} over {D} over {D (CT/p.89, [3]
● Xác định chỉ số Nuyxen Nu = 0,47 × Gr 0,25
Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s 2 : Hệ số giãn nở thể tích.
Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra. t2 là nhiệt độ tác nhân sấy ra t2= 85 0 C D là đường kính của buồng sấy D= 7,5 (m)
❖Hệ số cấp nhiệt α 1 = {512,15×λ} over {D3,39 {10} ^ {-2} } over {7,5} = 2, (W/m 2 độ)
Tính hệ số cấp nhiệt của tường môi trường xung quanh α 2
: Hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.
: Hệ số cấp nhiệt do bức xạ
Hệ số cấp nhiệt từ ngoài thành thiết bị ra môi trường là λ, phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa thành thiết bị và không khí xung quanh Nhiệt độ không khí trong phân xưởng là tk = 28℃, nhiệt độ lớp thép bảo vệ ngoài thành thiết bị là tn = 52 ℃ Tra bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1, ta tìm được λ = 2,76 x 10-2 (W/m.độ) Hệ số khuếch tán vật lý của hơi nước ν phụ thuộc vào nhiệt độ không khí xung quanh, tra bảng ta được ν = 0,69 x 10-6 (m2/s).
❖ Hệ số cấp nhiệt α 2 '=Nu× λ
: là mức độ đen của vật, với hệ thống bằng thép chọn = 0,85 tra bảng V.4/p.36, [18]
Co : là hệ số cấp nhiệt của vật đen tuyệt đối, chọn Co = 5,7 T1 : nhiệt độ tường ngoài tiếp xúc không khí: T1 = tw + 273 = 52 + 273 = 325 o C T2 : nhiệt độ không khí: T2 = to + 273 = 26 + 273 )9 o C
Tính bề dày lớp cách nhiệt
Chọn vật liệu cách nhiệt cho tháp là bông thủy tinh [26], hệ số dẫn nhiệt là λ 0,037(W/m độ) Tra bảng I.126/p.128, [25]
Bề dày thiết bị b1 = 5 (mm) và bề dày lớp vỏ bảo vệ b3 = 1 (mm) được tra cứu từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế Cả hai cấu kiện này đều làm từ vật liệu thép không rỉ có hệ số dẫn nhiệt λ1 = λ3 = 21,2 (W/m.độ) Tra bảng I.125/p.127, [25].
Bề dày của lớp cách nhiệt là: b2
Lượng nhiệt truyền từ trong tháp do cấp nhiệt là q =π D T α 1 (t tb –t 2 ) = 3,14 7,5 4,25 (127,5-85)= 4253,71 (W/m)Mặt khác :
1) trong đó
Tính toán quá trình sấy thực tế
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy
Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh
● Cn tvl1 là nhiệt lượng của một kg ẩm trên vật liệu mang vào
C n t vl1 =¿4,1816.80 = 334,528 (KJ/kg ẩm) Thay số vào ta có:
Ta thấy rằng Δ< 0, như vậy quá trình sấy cần bù thêm nhiệt đun nóng và nhiệt mất do sản phẩm mang ra Do vậy mà quá trình sấy thực tế sẽ khác với quá trình sấy lý thuyết mà cụ thể là lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực sẽ lớn hơn quá trình sấy lí thuyết.
Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước khi sấy:
Lượng ẩm chứa d 2 của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực: i2 = 2500 + 1,86 t2 = 2500 + 1,86.85 = 2658,1 (CT 1-20/p.20, [17]
Entanpy của không khí ẩm:
= 1,004.85 + 0,03.2658,1 = 165,08 (kg/kg kkk) Độ ẩm tương đối: φ 2 = d 2 B P bh2 (0,622+d 2 )=¿ 0,03.0,981
Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực tế l’= d 1
0,03−0,0199 = 99 (kg kkk/kg ẩm) (CT 5.9/p.92, [20]
Lượng tác nhân sấy thực tế
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực tế: q = l’.(I1 – I0) = 99.(226,6-76,8) = 14830,2 (kJ/kg ẩm)
Nhiệt lượng có ích: q1= i2 – Cn×tvl1 = 2658,1 - 4,1816×26 = 2549,37 (kJ/kg ẩm)
Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2= l’×Cdx(d1)×(t2-t0) = 99×1,04×(85−26)= 6074,64 (kJ/kg ẩm)
Tổng nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tổn thất
Về nguyên tắc, nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tổn thất phải bằng nhau Nhưng do nhều lý do, có thể trong quá trình tính toán đã làm tròn số nên đã gây ra những sai số.
Sai số này là cho phép trong tính toán
Các thông số lựa chọn là chính xác.
Bảng 5.1 Bảng tổng kết tính toán cân bằng nhiệt lượng
HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
1 Lưu lượng tác nhân sấy thực tế L’ 167,31 kg kk/h
2 Nhiệt lượng tiêu hao riêng 14830,2 kJ/ kg ẩm
3 Nhiệt lượng bổ sung thực tế -5747,9 kJ/ kg ẩm
4 Nhiệt lượng có ích 2549,37 kJ/ kg ẩm
5 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy 6074,64 kJ/ kg ẩm
6 Tổn thất nhiệt do vật liệu 198,7 kJ/ kg ẩm
7 Tổn thất nhiệt ra môi trường 5657,98 kJ/ kg ẩm
8 Tổng nhiêt lượng có ích và tổn thất 14480,69 kJ/ kg ẩm
9 Sai số tính toán 349,51 kJ/ kg ẩm
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 6.1 Tính chọn calorifer
Calorifer dùng trong máy sấy có nhiều loại Ở đây, ta chọn calorifer khí-hơi , thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm có cánh gân.
Hơi nước bão hòa ngưng tụ đi trong ống và không khí chuyển động bên ngoài ống.
Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường t1= t0= 26 0 C
Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t2
6.1.1 Tính bề mặt truyền nhiệt
Chọn chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hòa có áp suất là p=5 bar (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
Trong đó: k: là hệ số truyền nhiệt, W/m 2 độ
△t: Hiệu số nhiệt độ trung bình, độ F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m 2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
● Nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi Wkg ẩm Q = L×(I1 – I0)= 63,78.(226,6-76,8) = 9554,244 W
+ Nhiệt lượng thực tế do calorifer cung cấp
Trong đó: ƞ: Hiệu suất cung cấp nhiệt , với ƞ%
Lượng hơi cần cung cấp cho calorifer Qtt = Gh × (ih1 – ih2) (CT/p.86 [3]
=> G h = Q tt i h1 −i h 2 Trong đó: ih1: entanpi của hơi vào calorifer Đây là hơi bão hòa khô ở 5 bar Nội suy từ phụ lục 2/p.134, [20] ta có các thông số vật lí như sau:
Tbh1,7 0 C; I” = 2748,5 kJ/kg; I’= 639,97 kJ/kg
Với độ khô x = 0,9 thì ih1 = x × I” + (1- x) × I’= 0,9 × 2748,5 + 0,1× 639,97 2537,64 (kJ/kg)
Hơi ra khỏi calorifer là nước ngưng ở áp suất P = 5 bar nên i h2 = I’ = 639,97 kJ/kg
⮚ Lượng hơi cần cho calorifer
● Tính hiệu số nhiệt độ trung bình △t Áp suất hơi nước bão hòa p = 5 bar, ta có nhiệt độ hơi nước bão hòa tương ứng tbh1,7 0 C (Nội suy từ phụ lục 2/p.134, [20]
● Tính hệ số truyền nhiệt k
Fn: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài của ống, m 2
F1: bề mặt trong của ống tính cho 1 đơn vị chiều dài của ống, m 2 r: Tổng nhiệt trở của tường và các lớp cặn bẩn.
6.1.2 Tính kích thước calorifer
Chọn ống truyền nhiệt làm bằng đồng, có hệ số dẫn nhiệt W/m.độ (Bảng I.123/p.125, [25] Đường kính ngoài của ống dng = 0,028m Đường kính trong của ống dtr = 0,026m
(tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
Chiều dày của ống (CT 1.16/p.17, [20]
Chiều dài của ống: l = 1,4m (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế) Đường kính của gân dg = 1,4 dng = 0,0392m
Chiều cao của gân Bước ống thường thấy f1 = (1,2÷1,5) dng
Bước gân f2 tính theo : 2,8 < d f ng
Chọn dng/f2 = 3,5 thì f2= 0,028/3,5 = 0,008 (m) (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
Số gân trên một ống : m = f l
Bề dày bước gân δ ' = 0,003m (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
Tổng chiều dài số gân trên ống: lg = m×δ’= 175 × 0,003 = 0,525 (m) Chiều dài phần ống không gân: lkg = l – lg =1,4 – 0,525 = 0,875 (m)
● Tính chọn diện tích của calorifer
Diện tích xung quanh ống không kể gân F 1 = ⫪×d ng × l kg = 3,14×0,028×0,875 =0,07 (m 2 ) Diện tích mặt đứng của tổng số gân trên một ống F 1 ’=⫪× d ng ×l g = 3,14 × 0,028 × 0,525 =0,04 (m 2 ) Diện tích mặt trên và mặt dưới của tổng số gân trên 1 ống F 2 ’=2×(⫪/4)×(d g 2 –d ng 2 )×m=2×(3,14/4)×(0,0392 2 –0,028 2 )×175 = 0,206 (m 2 ) Tổng diện tích bề mặt của tất cả các gân trên 1 ống
F 2 = F 1 ’ + F 2 ’= 0,04+ 0,206 = 0,246 (m 2 ) Tổng diện tích bề ngoài của 1 ống (kể cả gân) F n = F 1 + F 2 – F 1 ’ = 0,07 + 0,246 - 0,04 = 0,276 (m 2 ) Tổng diện tích bề mặt trong của ống
Tổng nhiệt trở của tường: ∑
● Tính vận tốc thực tế của không khí đi trong caloriphe
Chọn số ống xếp trên 1 hàng ngang của calorifer là n1 = 10 ống , xếp thẳng hàng (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
❖ Chiều rộng của calorifer R = f1 ×(n1-1)+dg×n1+2lđ (m) Với 2lđ : Chiều dài lấy thêm ở 3 đầu của calorifer, 2lđ =0,02m
❖ Tiết diện ngang của calorifer F tự do = F - F cản , m 2
F gân cản =d g ×l×n 1 = 0,0392 × 1,4 × 10 = 0,5488 m 2 F ống cản =d ng ×l kg ×n 1 = 0,028 × 0,875 × 10 = 0,245 m 2 F cản = F gân cản + F ống cản = 0,5488 + 0,245 = 0,7938 m 2 F = R×l= 0,79×1,4= 1,106 m 2
⇨ F tự do = 1,106 − 0,7938 = 0,3122 m 2 Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy: L’= 167,31 Nhiệt độ không khí ban đầu: to= 26 o C
Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi calorife: t2= 85 o C
− Thể tích riêng của không khí:
2 =0,986+ 2 0,84 = 0,913 (m 3 /kg) Lưu lượng không khí khô trước khi vào caloriphe:
V’=L’× Vtb= 167,31 × 0,913 = 152,75 m 3 /h Vận tốc của không khí là: ω kk = Ftd V ' = 0,31223600 152,75 = 0,135 m/s
6.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt
Chọn vận tốc của không khí đi trong calorifer ω kk = 2,5 m/s
● Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà đến thành ống bên trongα 1
Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng ngưng tụ
+△t 1 : Hiệu số giữa nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bão hòa) và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng, chọn △t 1 =1,84 0 C Nghĩa là nhiệt độ tại thành ống truyền nhiệt là t t = 150 0 C (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
+ H: chiều cao ống H = 1,4m (tham khảo từ bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế)
+ Nhiệt độ trung bình tính toán tm= 0,5 ×(tt + tbh)
=> tm = 0,5 ×(150+151,7)0,85 0 C suy ra hệ số A= 195,5 (Nội suy từ bảng /p.29, [18]
Với nhiệt độ tm = 150,85 0 C thì ta có các thông số vật lí (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) ρf = ρ’= 0,833 kg/m 3 ; ρh = ρ” = 2,58 kg/m 3 (Nội suy từ phụ lục 2/p 133, [20] v = 29.10 −6 m 2 /s; r = 2133,1 (kJ/kg) (Nội suy từ phụ lục 2/p 133, [20]
Thay các số liệu vào ta có : α 1 =2,04×195,5× √ 4 2133,1× 1,4× 1,84 10 3 030,62 (W/m 2 độ)
● Tính hệ số cấp nhiệt bên ngoài ống α 2
Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức: α 2 = Nu× λ f
● Xác định chỉ số Nuyxen
(Tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chùm có gân)
D ng : đường kính ngoài của ống; d ng = 0,028(m) f 2 : bước của gân; f 2 = 0,008(m) h g :chiều cao gân; h g = 0,0056 (m)
C, n: các đại lượng phụ thuộc cách sắp xếp ống Chọn cách sắp xếp ống là thẳng hàng, nên ta có: C = 0,116 ; n = 0,72
Tốc độ dòng khí qua calorifer wkk = 2,5 m/s Nhiệt độ trung bình tính về phía không khí: t tb =t 1 +t 2 2 0+26
Từ ttb = 98 0 C thì ta có các thông số vật lí của không khí: Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 à!,82ì10 -6 (Ns/m 2 ) a = 3,33×10 -5 (m 2 /s) λ=3,19×10 -2 (W/m.độ); ν",92×10 -6 (m 2 /s); pr= 0,6884 Thay số liệu vào ta có:
⮚ Hệ số cấp nhiệt α 2 α 2 =Nu× λ f 2 =6,99×3,19×10 −2
0,008 ',87 Suy ra hệ số cấp nhiệt dẫn xuất: αt = 19 (Đồ thị V.17b/p.20, [18]
Tta được hệ số truyền nhiệt:
● Số ống truyền nhiệt trong calorifer n#6,15 0,276 5,6
Chọn n = 860 ống Số hàng sắp các ống truyền nhiệt n 2 0 10
● Chiều cao của calorifer H = H’+H ch
H’ là chiều dài của ống
Chiều cao của lớp chắn là một thông số quan trọng trong thiết kế máy sấy phun dịch chanh dây Chiều cao lớp chắn được xác định là 0,15m theo nghiên cứu của bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế.
6.2 Tính và chọn xyclon
Do yêu cầu về chất lượng của chanh dây sau khi sấy cũng như khí thải ra môi trường nên người ta sử dụng tác nhân sấy là không khí nóng Trong quá trình sấy, không khí chuyển động ở buồng sấy với vận tốc lớn nên một phần chanh dây sẽ theo không khí ra ngoài Để thu hồi lượng chanh dây bị thất thoát và làm sạch không khí trước khi thải ra ngoài môi trường cần phải đặt xyclon ở đường ra của không khí nóng.
Không khí vào xyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thông số như sau:
+ t = 85 0 CTra bảng I.255 trang 318 [25] ta có khối lượng riêng ρ=0,958(kg/m 3 )
Lưu lượng không khí vào xyclon
V 0 = v×L’= 1,04 × 167,31= 174 (m 3 /h) Gọi là trở lực của xyclon thì
Xác định tốc độ quy ước theo công thức w=√ ∆ p × ξ × ρ k 2 (CT III.48/p.522, [25]
△p: Là trở lực của xiclon (N/m 2 ) Ρk : Là khối lượng riêng của không khí (kg/m 3 ) ξ : Là hệ số trở lực phụ thuộc vào kiểu xyclon
Chọn loại xyclon LIH-24 là xyclon đơn với góc nghiêng α= 24 o , loại này đảm bảo làm sạch bụi lớn, năng suất cao với hệ số sức cản thủy lực nhỏ nhất Từ đó ta có hệ số trở lực ξ= 60 (Bảng III.10/p.528, [25])
Thay số vào ta có: w p =√ 641,86 60 × 0,986 × 2 = 4,65 (m/s) Đường kính của xyclon:
Ta chọn đường kính cyclon D= 990 mm.
Bảng 6.1 Kích thước cơ bản của cyclone đơn loại LIH-24 [Bảng III.4 trang 524, [25])
STT Tên kích thước Ký hiệu Công thức Gía trị (m)
2 Chiều cao cửa vào (kích thước bên trong) a 1,11D 0,666
3 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 2,11D 1,2066
4 Chiều cao phần hình trụ h2 2,11D 1,2066
5 Chiều cao phần hình nón h3 1,75D 1,05
6 Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 0,4D 0,24
8 Đường kính ngoài của ống ra d1 0,6D 0,36
9 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 0,4D 0,24
11 Chiều dài của ống cửa vào L 0,6D 0,36
12 Khoảng cách từ tận cùng đến mặt bích h5 0,32D 0,192
13 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào Α α 24 0
14 Hệ số trở lực của xyclon ξ ξ 60
6.3 Tính trở lực và chọn quạt
Hệ thống sấy cần sử dụng quạt để tạo ra áp suất động, qua đó thúc đẩy luồng không khí di chuyển vào hệ thống Áp suất động này cũng có tác dụng khắc phục một phần lực cản do đường ống gây ra, đảm bảo cho không khí lưu thông hiệu quả trong hệ thống sấy.
Sử dụng 2 loại quạt:
- Quạt đẩy để đẩy không khí từ calorifer vào thùng sấy.
- Quạt hút ở cuối hệ thống để hút không khí thải vào cyclon lọc bụi.
6.3.1 Tính trở lực của quá trình 6.3.1.1 Trở lực đường ống từ miệng quạt đẩy đến trục khuỷu Δp1=λ1× L 1 d 1 ×ρ1× w 1
❖ Vận tốc dòng khí thổi trong ống: w 1 = V '
Trong đó: V ' là lưu lượng không khí vào calorife
Tại nhiệt độ to = 26 o C tra bảng I.255, trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 ta có: ρ1= 1,181 (kg/m 3 ); ν1= 18,45 ×10 -6 (m 2 /s)
Chọn ống dẫn hơi làm việc gián đoạn và ống dẫn hơi nước ngưng có hệ thống thu hồi nước ngưng hở thì ∆ = 0,5 mm (Tra bảng II.15/p.381, [25]
❖ Hệ số ma sát được tính theo công thức sau
Trong đó ∆ độ nhám tuyệt đối của ống dẫn
6.3.1.2 Trở lực đường ống từ trục khuỷu đến calorife Δp2=λ2× d L 2
Chọn l2 = 1(m): chiều dài ống dẫn từ trục khuỷu đến calorife
❖ Vận tốc dòng khí thổi trong ống: w 2 = V o
❖ Hệ số ma sát được tính theo công thức sau:
2 Trong đó: w 3 là vận tốc không khí trong calorife ρ k là khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ cần tính (kg/m 3 ) là hệ số trở lực cục bộ
Nhiệt độ không khí ban đầu là 26 o C vào calorifer được gia nhiệt đến 170 o CNhiệt độ trung bình của dòng khí trong calorifer t tb 0+26
2 0 C (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: à!,8ì10 -6 (Ns/m 2 ); λ=3,19×10 -2 (W/m.độ); ν",924×10 -6 (m 2 /s); pr= 0,6884 ρ k = 0,9512 kg/m 3
❖ Vận tốc của không khí trong calorife là : w 3 = L '
Với F 3 là diện tích mặt cắt ngang trong calorife:
Trong đó : Π 3 là chu vi mặt cắt ngang của calorife. Π 3 = 2× (H× L c )= 2×(1,55 × 6,23)= 19,31
22,924×10 −6 = 398,29 Do dàn ống sắp xếp theo kiểu hành lang nên:
Trong đó: s là khoảng cách giữa hai trục ống theo phương cắt ngang của dòng chuyển động (theo chiều rộng của dòng ) s = d ng + f 1 + d ng
Dựa vào bài đồ án thiết bị sấy phun dịch chanh dây của khoa Công nghệ cơ khí Trường Đại học Nông Lâm Huế, số dãy ống theo phương chuyển động của không khí được tính theo công thức: 2 = 0,028 + 0,042 + 0,028, cho kết quả là 0,084 (m) Tính theo công thức này, số dãy ống cần sử dụng là 13 dãy.
❖ Vậy trở lực trong calorife là :
6.3.1.4 Trở lực đường ống từ calorife đến phòng sấy Δp4=λ4× L 4 d 4×ρ4× w 4
2 Chọn chiều dài ống L4= 1,7 (m) Đường kính ống d4= 0,24 (m)
❖ Vận tốc của không khí trong ống dẫn là : w 4 = L'
Tương ứng với nhiệt độ sau khi ra khỏi calorifer t10℃, ẩm tự, Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 thì ta có các thông số vật lí của không khí: ν4= 31,69 ×10 -6 (m 2 /s).
Thay số vào ta được w 4 = 3600× 0,797 167,31 ×0,0452= 1,29 (m/s)
31,6910 −6 = 9769,64 Hệ số ma sát
Trở lực ma sát trong buồng sấy
Lưu lượng thể tích trung bình trong buồng sấy
❖ Vận tốc không khí trong buồng sấy là: w 5=V tb
Trong đó F td là tiết diện tự do của buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ trung bình trong buồng sấy là 127,5 o C, Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 thì ta có các thông số vật lí của không khí: ρ5= 0,8815 (kg/m 3 ); ν5= 26,33 ×10 -6 (m 2 /s).
Trở lực đường ống từ buồng sấy đến xyclon
2 Chọn L6= 3 (m): chiều dài ống dẫn từ buồng sấy đến xyclon. w 6 =V 6 F '
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi calorifer V6= 58,38 (m 3 /h)= 0,016 (m 3 /s)
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏ buồng sấy là 85 o C, (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: ρ6 = 0,986 (kg/m 3 ); ν6 = 21,595×10 -6 (m 2 /s).
Trở lực đường ống từ xyclon đến quạt hút
2 Chọn L7= 2 (m): chiều dài ống dẫn từ xyclon đến quạt hút. w 7 =V 7 F '
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi xycloon V7= 58,38 (m 3 /h)= 0,016 (m 3 /s).
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏ buồng sấy là 85 o C, Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: ρ7= 0,986 (kg/m 3 ); ν7= 21,595 ×10 -6 (m 2 /s).
Trở lực qua xyclon
Gọi Δp 8là trở lực của xyclon thì
Trở lực do đột mở vào calorife
Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống (m 2 ).
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống (m).
Suy ra d td @,0452 0,754 =0,24(m) Diện tích mặt cắt ngang trong calorifer
=0,88×0,24 18,4510 −6 = 11447,15 > 10 3 Nên ξ được xác định theo bảng N 0 11/387, [25] => ξ=0,99 Δp9 = ξ w 9 2 × ρ 9
Trở lực do đột thu từ calorife ra ống dẫn không khí nóng
❑ 0 Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống (m 2 ).
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống (m).
Suy ra d td @,0452 0,754 =0,24(m) Diện tích mặt cắt ngang trong calorifer
Nên ξ được xác định theo bảng bảng N 0 11/387, [25] => ξ= 0,99 Δp10 = ξw 10 2 × ρ 10
Trở lực do đột mở từ đường ống vào buồng sấy
- Nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 170°C, độ ẩm tự do - Từ Bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1, thông số vật lý của không khí tại điều kiện này là:ρ11 = 0,797 (kg/m 3 )ν11 = 31,29 x 10-6 (m 2 /s)
Diện tích mặt cắt ngang của ống:
Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
Vận tốc không khí là: w 11 = L'
=0,045244,17 =1,02.10 −3 Nên ξ được xác định theo bảng N o 13/387, [25] => ξ= 0,99
Trở lực do đột thu ra khỏi buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 85℃, ẩm tự, (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: ρ12= 0,986 (kg/m 3 ); ν12= 21,595 ×10 -6 (m 2 /s).
Diện tích mặt cắt ngang của ống:
Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
Vận tốc không khí là: w 12 = L '
=0,0452 44,15 =1,02 10 −3 Nên ξ được xác định theo bảng N o 13/387, [25] => ξ= 0,99 Δp12 = ξw 12 2 × ρ 12
Trở lực do đột mở vào xyclon
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 85℃, ẩm tự, (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: ρ13= 0,986 (kg/m 3 ); ν13= 21,595×10 -6 (m 2 /s).
Diện tích mặt cắt ngang của ống:
Diện tích mặt cắt ngang của xyclon:
Vận tốc không khí là: w 13 = L '
⇨ Nên chọn chế độ chảy xoáy
= 0,0452 0,05616=0,804 Nên ξ được xác định theo bảng N o 11/387, [25] => ξ= 0,0388 Δp13 = ξw 13 2 × ρ 13
Trở lực do đột thu từ xyclon ra đường ống thải
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 85 o C, (Nội suy từ bảng I.255 trang 318 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1) thì ta có các thông số vật lí của không khí: ν14= 21,595×10 -6 (m 2 /s).
Diện tích mặt cắt ngang của ống:
Diện tích mặt cắt ngang của xyclon:
Vận tốc không khí là: w 14 = L'
⇨ Nên chọn chế độ chảy xoáy
= 0,0452 0,05616=0,804 Nên ξ được xác định theo bảng N o 13/387, [25] =>ξ=0,1476 Δp14 = ξw 14 2 × ρ 14
Vậy tổng trở lực của cả hệ thống là:
Tính và chọn quạt
6.3.2.1 Quạt đẩy đặt trước calorife
Lưu lượng không khí được đẩy vào
+ v 0 là thể tích riêng của không khí ngoài trời (m 3 /kgkkk).
+ L‘ là lượng tác nhân sấy thực tế (kgkk/h). Áp suất làm việc toàn phần
+ Hp là trở lực của toàn hệ thống (N/m 2 )
2 ,83+ t0 là nhiệt độ làm việc lúc đầu của không khí, t0= 26℃, ẩm tự+ B là áp suất làm tại chỗ làm việc, Bs5,5 mmHg
+ ρ là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, = 1,181 kg/m 3
+ là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện làm việc, = 1,185 kg/m 3 Thay số vào ta có:
Dựa vào áp suất làm việc, lưu lượng không khí vào mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến của quạt (p.485, [25] )và ta chọn quạt II.4-70 N 0 10 có hiệu suất khoảng 0,8.
❖ Công suất trên trục động cơ điện
+ ƞ q =0,8 là hiệu suất của quạt.
+ là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được:
❖ Công suất thiết lập của động cơ điện Nđc = k N (kW) (II.240/p.464, [25]
Trong đó:k là hệ số dự trữ công suất Với N < 0,5 ta chọn k = 1,5(Bảng II.48/p.464, [25])
❖ Vậy công suất của động cơ:
6.3.2.2 Quạt hút đặt sau xyclon
Lưu lượng không khí được đẩy vào
+ v 0 là thể tích riêng của không khí ngoài trời (m 3 /kgkkk).
+ L‘ là lượng tác nhân sấy thực tế (kgkk/h).
❖ Áp suất làm việc toàn phần
+ H p là trở lực của toàn hệ thống (N/m 2 )
+ t là nhiệt độ làm việc lúc đầu của không khí sau khi ra khỏi buồng sấy, t=
85 0 c + B là áp suất làm tại chỗ làm việc, Bs5,5 mmHg
+ ρ là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, = 1,181 kg/ m 3
+ là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện làm việc, = 0,986 kg/ m 3 Thay số vào ta có:
Dựa vào áp suất làm việc, lưu lượng không khí vào mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến của quạt (p.485, [25] và ta chọn quạt II.4-70 N 0 10 có hiệu suất khoảng 0,8.
❖ Công suất trên trục động cơ điện
+ ƞ q =0,8 là hiệu suất của quạt.
+ là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được:
❖ Công suất thiết lập của động cơ điện Nđc = k N (kW) (II.240/p.464, [25]
Trong đó: k là hệ số dự trữ công suất Với N < 0,5 ta chọn k = 1,5 (Bảng II.48/p.464, [25]
Vậy công suất của động cơ:Nđc = 1,5 6,9 10 −3 = 5,0485 (kW)
Tra bảng II.52 trang 484 [25] ta có:
Hình 6.2 Kích thước của quạt II.4-70 N 0 10
Kích thước (mm) Số lỗ Khối lượn g (kg)
Tính và chọn bơm cao áp
Lưu lượng dịch chanh dây theo lý thuyết:
Dựa vào năng suất ta chọn bơm pittông nằm ngang, nhãn hiệu bơm IIC-4B, sổ tay QTTB tập 1, trang 452. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra khi hoạt động là:
P1, P2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút (P1 = 1 at 98068 N/m 2 , P2 = 50 at = 4903402 N/m 2 ). ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng ρ= 1044,01 (kg/m 3 ) g: Gia tốc trọng trường g=9,81 (m/s 2 )
H0: chiều cao nâng chất lỏng (H0 = 8 m). hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (hm=3% H).
Thay vào công thức ta tính được H = 491,94 (m)
Công suất của bơm là:
Trong đó: g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 ) η: hiệu suất chung của bơm, η=0,85
Với công suất bơm N = 9,92.10 − 3 (kW) để bơm làm việc an toàn cho chọn hệ số dự trữ β = 1,5 (Bảng II.33/p.440, [25]
Vậy công suất của bơm là:
KẾT LUẬN
Sau một thời gian tìm đọc tài liệu, nghiên cứu và nhận được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, quý thầy cô trong khoa cơ khí công nghệ cùng các bạn sinh viên, em đã hoàn thành được đồ án thiết kế hệ thống sấy phun để sấy chanh dây với năng suất 5l/h Đây chỉ là kết quả tính toán mang ý nghĩa lý thuyết nhưng giúp em biết được các bước cơ bản, các nguyên tắc, cách áp dụng công thức, tra bảng tìm thông số, tìm tài liệu nghiên cứu…
Sau khi tính toán đồ án thiết bị sấy phun bột chanh dây em đã tìm ra được các thông số của thiết bị như sau Đối với thiết bị chính là buồng sấy có:
− Thời gian sấy là 22,36 (s). Đối với thiết bị phụ:
− Calirife: chiều dài: 6,9 (m); chiều rộng: 0,79 (m); chiều cao: 1,4 (m).
− Chọn xyclon loại đơn LIH- 24 có đường kính trong D= 0,6 (m).
− Quạt hút và quạt đẩy: Quạt II4-70 N o 10 có hiệu suất khoảng 0,8.
− Bơm:Bơm pittong nằm ngang nhãn hiệu IIC-4B.
Lượng không khí khô tiêu hao để bốc hơi 4,37 (kg) ẩm trong vật liệu sấy là 63,78 (kgkkk/h). Đồ án đã hoàn thành nhưng do không được tiếp xúc với thực tế nhiều, cũng như lượng kiến thức còn hạn hẹp nên bài đồ án này vẫn còn thiếu sót Kính mong quý thầy cô nhận xét và hướng dẫn để bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Phan Thế Duy đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.