Đồ án thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt

đồ án thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt ứng dụng sấy quả nho, đồ án sấy bơm nhiệt, sấy nho; đồ án thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt ứng dụng sấy quả nho, đồ án sấy bơm nhiệt, sấy nho; đồ án thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt ứng dụng sấy quả nho, đồ án sấy bơm nhiệt, sấy nho

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

-

-CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT VÀ VẬT LIỆU SẤY CỦ HÀNH PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG SẤY BƠM

NHIỆT KHI DÙNG ĐỂ SẤY CỦ HÀNH

GVHD: PGS.TS Đặng Trần Thọ

Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 9

M c l c ục lục ục lục

Chương 1: Tìm hiểu về vật liệu sấy 2

1 Tìm hiểu về vật liệu sấy 2

1.1 Nguồn gốc và đặc điểm 2

a Hành tây 2

b Hành tím 3

1.2 Khu vực phân bố hành tây ở Việt Nam 3

a Hành tây 3

1.3.Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 5

a Hành tây 5

1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến vật liệu sấy 6

a Cấu trúc và tính chất vật liệu 6

1.5 Sơ chế vật liệu sấy 7

1.6 Cách bảo quản vật liệu sấy 8

a Bảo quản hoa quả sấy bằng bình kín 8

1.7 Tại sao phải sấy khô vật liệu 9

a Tiết kiệm diện tích bảo quản 9

b Tiện lợi khi sử dụng 9

c Ứng dụng trong y học 10

Chương 2: Cơ sở tính toán hệ thống sấy 10

2.1 Phương pháp tính toán thiết kế mấy sấy 10

2.2 Tính toán chi phí và hiệu quả kinh tế 10

2.3 Lựa chọn chế độ sấy: .10

Chương 1: Tìm hiểu về vật liệu sấy

1 Tìm hiểu về vật liệu sấy

1.1 Nguồn gốc và đặc điểm

a Hành tây

- Hành tây có danh pháp khoa học là Allium cepa, tên tiếng anh là Onion, chi Allium, họ Alliaceae, bộ Asparagales

- Hành tây có nguồn gốc từ Trung Á, được trồng và sử dụng từ thời Thượng cổ Sau đó loài cây này được lan truyền qua châu Âu rồi phát triển đến Việt Nam

- Hành tây là một loại rau, có thể dùng cả lá và củ của hành tây trong chế biến thức

ăn nhưng phần lớn chỉ sử dụng củ, là loại rau phù hợp với khí hậu ôn đới Hành tây

là cây thân thảo, nhẵn, sống dai Củ hành bao gồm nhiều lớp vẩy thịt màu trắng xanh được gọi là các bẹ Củ hành có hình dạng tròn đều hoặc hơi dẹp tùy theo loại hành - - Hành tây có 3 màu cơ bản là màu vàng, màu tím và màu trắng Thân chính mang nhiều rễ nhỏ nằm dưới lòng đất với phần nhỏ thân nhô lên mặt đất Lá hành tây có hình trụ dài như chiếc đũa, rỗng ruột với màu xanh lá

- Hoa hành tây nằm trên một ống hành dài hình tròn, cứng, phình ở giữa Các tán hoa được nối nhau bởi một cán hoa liền nhau với ống hành Hoa hành tây màu trắng xanh nhẹ, cuống dài Quả thuộc dạng quả hạch, có màng được chia làm 3 ngăn ở 3 góc Thường một quả hành gồm 3 hạt hành có cánh dày, màu đen nhạt thô ráp

Hình 1: Các loại hành tây

b Hành tím

- Hành tím có tên khoa học là (Tiếng Anh): A ascalonicum, thuộc Chi Allium, Họ Amaryllidaceae , Bộ: Asparagales

Hành tím là cây thân thảo, phát triển bằng căn hành, có thời gian sinh trưởng 55

-60 ngày Có hai loại: Củ to tròn và củ nhỏ dài Hành tím có vỏ ngoài màu tím, cắt đôi bên trong là từng lớp giống như hành tây Khi trồng nên chọn củ già (củ ngừng tăng trưởng ) có màu tím sậm

- Hành tím có thể trồng trên nhiều loại đất như đất sét pha thịt, đất thịt, đất thịt pha cát, Tuy nhiên, thích hợp nhất là trên đất thịt pha cát Đất trồng hành cần cao ráo, tơi xốp nhiều dinh dưỡng, nếu trồng gần nguồn nước mặn phải có nước ngọt để tưới

Hình 2: Hành tím

1.2 Khu vực phân bố hành tây ở Việt Nam

a Hành tây

- Hành tây là loại thực vật có khả năng chịu lạnh giỏi với nhiệt độ dưới 100C Tuy nhiên nhiệt độ không khí vùng trồng trọt yêu cầu trong khoảng 15 – 250C Loại cây này thường được nhân giống bằng hạt Hạt nảy mầm trong khoảng 7 – 15 ngày, dài

nhất khoảng 20 ngày Ở điều kiện môi trường gieo trồng có nhiệt độ cao thì hạt sẽ nảy mầm nhanh hơn

- Các vùng trồng chủ yếu ở nước ta hiện nay là Đồng bằng sông Hồng, vùng duyên hải miền Trung, Đà Lạt và Lâm Đồng Nguồn giống hành được sử dụng là Grano

và Granex được nhập từ Pháp và Nhật Hành Grano có đặc điểm củ hành tròn ca,

vỏ ngoài màu vàng đậm, thịt trắng Khác hẳn Grano, hành tây Granex với hình tròn dẹp, vỏ ngoài màu vàng nhạt, thịt trắng và có đường kính củ lớn hơn

- Các vùng Đồng bằng sông Hồng gieo hạt sớm vào cuối tháng 8, đầu tháng 9 trồng vào tháng 10, thời vụ 10-15/10 là tốt nhất Có thể gieo hạt sớm hơn vào tháng 7, nhưng năng suất không ổn định, củ nhỏ Ưu điểm của vụ này là giá bán cao, cung cấp hành sớm cho thị trường Trồng hành tây tháng 10 thích hợp cho xuất khẩu bảo quản và nhân giống

- Với các tỉnh Phú Yên trở vào đến các tỉnh miền Đông Nam Bộ trồng hành vào mùa khô Thời vụ trồng hành tây ở vùng Đà Lạt (Lâm Đồng) thích hợp từ tháng 10 – tháng 12

b Hành tím

- Ở nước ta, hành tím trồng ở nhiều nơi nhưng nổi tiếng nhất là ở thị xã Vĩnh Châu

- Sóc Trăng, huyện đảo Lý Sơn - Quảng Ngãi, huyện Ninh Hải - Ninh Thuận, huyện Gò Công - Tiền Giang

- Được trồng nhiều nhất ở tỉnh Vĩnh Châu - Sóc Trăng nổi tiếng là đặc sản với diện tích trồng hành hơn 5600 ha (2022) chia làm ba vụ: vụ hành sớm, vụ hành mùa, vụ hành giống

+ Vụ hành sớm: Trồng tháng 09-10 dương lịch, thu hoạch tháng 11-12 dương lịch (thời gian 65-70 ngày)

+ Vụ hành mùa: Trồng tháng 11-12 dương lịch, thu hoạch tháng 1-2 dương lịch (thời gian 75-80 ngày)

+ Vụ hành giống: Từ tháng 3 đến tháng 6 dương lịch

- Khi cây được 55 – 60 ngày, củ chuyển sang màu đỏ tím thì bắt đầu nhổ, thường phơi nắng 2 – 3 ngày cho lá mềm lại để dễ vận chuyển xa Nhổ củ và giũ sạch đất cho vào giỏ và chuyển về nơi bảo quản thoáng khí, khô ráo, tránh gây xây xát hoặc làm dập vỏ ngoài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hành

- Người ta thường bảo quản hành tím bằng cách phơi nắng 10 – 15 ngày, treo nguyên chùm hành ở nơi thoáng gió

1.3.Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

a Hành tây

- Một củ hành tươi có 89% là nước, 9% carbs và 1,7% chất xơ, kèm theo một lượng nhỏ protein và chất béo

- Giá trị dinh dưỡng tính trên 100g hành tây

+ Năng lượng 40Kcal

+ Chất béo 0,1g

+ Chất đạm 1,1g

+ Chất xơ 1,7g

+ Carbohydrate 9,34g

+ Nhóm vitamin B(B1,B2, B3, B6,B9,B12), vitamin C, vitamin E, vitamin K

+ Khoáng chất vi lượng: Canxi, Sắt, Magie, Phốt pho, Kali, Natri, Kẽm

- Bên cạnh thành phần dinh dưỡng đa dạng, hành tây còn chứa nhiều hoạt chất có tính kháng viêm, kháng khuẩn, chống oxy hóa … giúp phòng ngừa và chữa trị nhiều bệnh hiệu quả

b Hành tím

- Trong 100g hành tím chứa khoảng 415-1.917 mg chất chống ôxy hóa, Chất xơ thực phẩm 1.5g, Chất béo 0.2g, Vitamin K 0.3μg, Vitamin E 0.01mg, Vitamin Cg, Vitamin E 0.01mg, Vitamin C 9.4 mg, Thiamine (B1) 0.056mg, Riboflavin (B2) 0.042 mg, các khoáng chất kali, magie, kẽm,…và các chất quan trọng có tính dược liệu như allicin, allium và allyl

1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến vật liệu sấy

a Cấu trúc và tính chất vật liệu

- Yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến quá trình sấy khô chính là yếu tố về cấu trúc vật liệu sấy Cấu trúc vật liệu ảnh hưởng đến tính hút ẩm, dẫn ẩm khi quá trình sấy diễn

ra Vật liệu có thể không chỉ đơn giản là xốp mao quản mà được cấu tạo bởi sự sắp xếp phức tạp của các mao quản, mạch và tế bào

- Bảng thông số nhiệt vật lý đối với củ hành tím có độ ẩm tương đối 80-85%:

b Kích thước vật liệu

- Kích thước càng nhỏ khả năng ẩm di chuyển ra bền mặt càng nhanh, vật liệu dễ dàng hấp thụ nhiệt và trao đổi ẩm với tác nhân sấy Điều này lý giải vì sao sấy các dạng vật liệu bột thời gian diễn ra có thể vài phút đã khô trong khi sấy vật liệu lớn hơn có thể mất vài giờ hoặc thậm chí vài ngày Yếu tố về kích thước sẽ ảnh hưởng đến phương án sấy có thể sấy liên tục hay theo mẻ

c Nhiệt độ sản phẩm sấy

- Khi vật liệu được cấp nhiệt, độ ẩm trong vật liệu nhân được năng lượng cao, các phân tử sẽ chuyển động nhanh và mạnh hơn Quá trình di chuyển này càng nhanh

thì ẩm càng dễ dàng đi từ tâm ra ngoài bệ mặt vật liệu giúp sản phẩm khô nhanh hơn

Tuy nhiên, không phải vật liệu nào cũng có thể tăng nhiệt độ lên cao để sấy, nhiệt

độ sẽ được lựa chọn phù hợp tùy thuộc vào khả năng chịu đựng và yêu cầu về chất lượng sản phẩm

-Trong khi nhiệt có thể được sử dụng để đẩy hơi ẩm ra khỏi chất ẩm ướt, hơi ẩm có thể được tách ra khỏi vật liệu chủ của nó bằng tác động của các việc chênh lệch áp suất

d Độ ẩm không khí sấy

- Sấy là quá trình làm mất nước của sản phẩm và nước này đi vào trong không khí hay còn gọi là tác nhân sấy Nếu độ ẩm trong tác nhân sấy cao sẽ làm cho ẩm từ bề mặt vật liệu khó bay vào trong không khí được và ngược lại độ ẩm không khí thấp,

em sẽ dễ dàng di chuyển vào

e Áp suất môi trường sấy

- Áp suất là một trong những thông số liên quan đến quá trình chuyển pha của nước, áp suất càng thấp nhiệt độ chuyển pha càng thấp nghĩa là khả năng thoát ẩm càng dễ dàng

1.5 Sơ chế vật liệu sấy

- Quy trình sơ chế thu hoạch hành, phơi 1 nắng làm sạch đất cát, sau đó phơi 10 ngày để khô lá và củ => bó vào đem đi tiêu thụ

Đối với sơ chế hành để sấy các công đoạn bao gồm:

1.6 Cách bảo quản vật liệu sấy

a Bảo quản hoa quả sấy bằng bình kín

Bảo quản vật liệu sấy khô trong bình kín là cách bảo quản đơn giản và khá phổ biến Những bình chứa có thể được làm bằng thủy tinh, nhựa hoặc thép không gỉ nắp kín và dễ đóng mở, độ dày vừa phải

- Ưu điểm

+ Các bình chứa kín giữ sản phẩm của bạn tránh xa không khí Điều này giúp thực phẩm khô giữ được lâu hơn

+ Các hộp đựng có thể xếp chồng lên nhau, giúp tiết kiệm diện tích

+ Bình thủy tinh kín khí thường có khả năng chống mùi Do vậy hương vị và mùi thơm của thực phẩm khô vẫn được giữ nguyên vẹn

- Nhược điểm

Bình nhựa có thể chứa BPA – là một hóa chất độc hại

Bình thép không gỉ rất bền nhưng giá thường khá cao

Thời gian lưu trữ không được lâu

b Cách bảo quản vật liệu sấy bằng tủ đông

Bảo quản vật liệu sấy bằng tủ đông là phương pháp thông dụng nhất từ trước đến nay Chỉ cần có một hộp cất đông và tận dụng ngăn đá của tủ lạnh

- Ưu điểm

+ Bảo quản trong tủ lạnh hoặc tủ đông sẽ giúp vật liệu khô giòn và tươi lâu hơn Điều này hoàn toàn hữu ích đối với những người sống ở nơi có độ ẩm cao

+ Tận dụng tối đa công dụng của ngăn đá tủ lạnh

- Nhược điểm

+ Nếu không được bọc kín, thực phẩm khô dễ bị ám mùi của các loại khác trong tủ đông

+ Nếu bị mất điện trong thời gian dài, thực phẩm khô của bạn rất dễ hỏng

c Đóng gói chân không

Đóng gói chân không ngăn oxy tiếp xúc với vật liệu khô, giúp giữ cho sản phẩm luôn tươi mới

- Ưu điểm

Túi hút chân không có thể bảo quản trái cây khô của bạn tránh khỏi độ ẩm, bụi và côn trùng

Thực phẩm khô đóng gói bằng chân không không cần chất bảo quản hóa học

Tiết kiệm không gian tối ưu nhất

Thời gian lưu trữ được lâu

- Nhược điểm

Giá thành máy hút chân không khá cao

1.7 Tại sao phải sấy khô vật liệu

a Tiết kiệm diện tích bảo quản

- Khi sấy khô thực phẩm, phần lớn lượng nước bên trong đã bị rút ra ngoài vì thế khối lượng và trọng lượng của thực phẩm khô ít hơn nhiều so với thực phẩm tươi

Vì thế khi bảo quản thực phẩm khô cũng tốn ít diễn tích hơn nhiều so với thực phẩm tươi

b Tiện lợi khi sử dụng

- Đối với thực phẩm khô không cần giã đông Rau củ quả khô chỉ cần ngâm vào

nước khoảng 15- 30 phút là dùng được Với các loại thực phẩm thịt khô ta có thể

nấu luôn và đặc biệt hoa quả khô như mít khô, chuối khô, thanh long sấy thì ta có thể dùng được luôn

c Ứng dụng trong y học

Đối với hành tây sấy khô nói riêng không chỉ được dùng như một loại thực phẩm

mà còn có khả năng sát khuẩn, chống viêm rất tốt Trong y học cổ truyền, hành tây được dùng để làm thuốc chữa các bệnh liên quan đến viêm nhiễm, ho có đờm, giải cảm …

Chương 2: Cơ sở tính toán hệ thống sấy 2.1 Phương pháp tính toán thiết kế mấy sấy

- Xác định các thông số ban đầu

- Lựa chọn mô hình thiết kế và xác định kích thước cơ bản của buồng sấy

- Xây dựng quá trình sấy lý thuyết và thực tế

- Tính toán dàn ngưng tụ, bay hơi, chọn máy nén, quạt

2.2 Tính toán chi phí và hiệu quả kinh tế

- Chi phí nguyên liệu

- Chi phí lao động

- Chi phí khấu hao

- Khối lượng VLS: 200kg hành tím

2.3 Lựa chọn chế độ sấy:

+ Nhiệt độ sấy: 450C

+ Độ ẩm vật liệu ban đầu: 82,21%

+ Độ ẩm VL sau khi sấy: 5%

+ sấy hồi lưu sử dụng bơm nhiệt

- Xác định kích thước buồng sấy:

Hình 3: Cấu tạo hệ thống sấy bơm nhiệt

+ Số khay sấy: 20 khay

+ Kích thước mỗi khay sấy: D.R.C = 1000*1000*50 (mm)

+ Chia số khay sấy thành 10 hàng mỗi hàng có 2 khay để nối tiếp nhau

+ Khoảng cách giữa 2 khay sấy trên/dưới là 90mm

+ Khoảng cách giữa khay sấy trên cùng/ dưới cùng cách trần/đáy buồng sấy là : 90mm

+ Ta tính được chiều cao buồng sấy là: H= 10*50+90*11=1490 mm ~ 1,5 m + Chiều dài buồng sấy là : L = 1000*2=2000 mm

+ Chiều rộng buồng sấy: B = 1000 mm

+ Thể tích buồng sấy là:

- Tính toán theo sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy:

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt

- TNS là không khí ẩm được làm lạnh từ trạng thái ban đầu 3 đến trạng thái 1, quá trình làm lạnh này có t1< tdp ứng với trạng thái 3 của không khí ẩm, phần lớn lượng nước trong KKA được tách ra trong giai đoạn này Ở trạng thái 1 không khí có độ

ẩm w =100% và nhiệt độ rất thấp Do đó ta phải gia nhiệt cho không khí bằng điện

đến giá trị cần thiết) Sau đó không khí ở trạng thái 2 được đưa vào buồng sấy Do

ở trạng thái 2 không khí có độ ẩm tương đối phi 2 rất nhỏ nên nó sẽ hấp thụ nước từ vật cần sấy và ra khỏi buồng sấy ở trạng thái 3

- Xác định thông số các điểm nút:

+ Điểm 1: Trạng thái không khí sau dàn lạnh

/ Nhiệt độ t1 = 120C

slide dựa vào nhiệt độ t1 như trên

+ Điểm 2: TNS được gia nhiệt ( sau dàn nóng)

/ Nhiệt độ t2 = 450C ( nhiệt độ chọn trong khoảng từ 40-50 tránh làm phân hủy chất dinh dưỡng trong hành)

/ Độ chứa hơi d2=d1

/ Độ ẩm tương đối, độ chứa hơi, entanpy được xác định theo công thức trong slide theo nhiệt độ t2 = 450C

+ Điểm 3: để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy ta phải chọn nhiệt độ t3

> tdp,

/ chọn t3 = 300C

/ I3=I2

/ Độ ẩm tương đối: 100%

/ t4 =150C tra theo đồ thị không khí ẩm

/ Độ chứa hơi, entanpy được xác định tương tự như công thức trong slide

- Phụ lục các công thức sử dụng để tính toán quá trình sấy:

+ Độ chứa hơi:

d = 0,621*1−w∗Phmax w∗Phmax (kg a /kg k ) + Entanpy:

I = 1,004*t + d*(2500+1,842*t) (kJ/kg k ) + Phân áp suất bão hòa:

P hmax = exp(12-4026,42235,5+t¿ (bar) + Lượng ẩm bay hơi trong 1h là:

W = G 2 * w 2−w 3 1−w 3 (kga/h) + Lượng không khí cần cấp cho HTS:

L k = W*(1+d 2)

d 3−d 2 (kg/h) + Lượng không khí khô cần cấp cho HTS:

L o = d 3−d 2 W = W*l o

- Tính toán bơm nhiệt:

Hình 5: Đồ thị Log p-h chu trình bơm nhiệt

+ Môi chất: R134a có ρ=4,25 kg /m3, tsôi = -26,30C, tngưng = 500C

+ Công thức tính năng suất lạnh:

Q o = L o *( I 3 -I 2 ) (kW) + Xác định nhiệt độ bay hơi to: Nhiệt độ không khí sau khi làm lạnh t4 = 12oC, hiệu

bay hơi to = t4 – Δtoto = 12-12=0

+ Xác định nhiệt độ ngưng tụ: tk = t2 + (4-10) = 45+5 =50

được áp suất bay hơi Po=2,928 bar, và áp suất Pk = 13,18 bar

+ Từ áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ ta lần lượt xác định được các điểm nút (1,2,3,4) của môi chất của chu trình bơm nhiệt theo hình vẽ trên

+ Tính lưu lượng môi chất trong chu trình bơm nhiệt:

m o = Qo qo (kg/s)

trong đó: qo = Imc1-Imc4 là năng suất lạnh riêng + Tính công suất nhiệt:

Q k = m o *(I mc2 -I mc3 ) (kW) + Tính công máy nén đoạn nhiệt:

N s = m o *( I mc2 -I mc1 ) (kW) + Tỷ số nén: π=Pk / Po

+ Hệ số bơm nhiệt:

μ= Qo+Qk Ns

- Tính trở lực chọn quạt: ΔtoP= ΔtoP 1+ ΔtoP 2 (mmH2O)

Trong đó ΔtoP 1 là tổng trở lực qua các đường ống

ΔtoP 2 là tổng trở lực qua các thiết bị lọc bụi, dàn trao đổi nhiệt, buồng sấy + Tính ΔtoP 1=ΔtoP 1 ms+ ΔtoP 1cb

/ Trở lực ma sát được tính theo công thức

ΔtoP 1 ms=λ∗l∗ρ∗w2 /(2∗d)

Trong đó:

λ: hệ số trở lực ma sát khi không khí chuyển động trên đường ống

ω: tốc độ không khí trên đường ống (m/s) Chọn tốc độ không khí trong ống là 8 m/s.

d : đường kính tương đương của tiết diện dẫn khí, m.

d = ( 4∗V

3,14∗ω)0,5

V: lưu lượng thể tích TNS (m 3 /s)

l: chiều dài ống (m)

ρ :khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình TNS (kg/m3 )