VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT - LẠNH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Thiết kế hệ thống sấy hầm để sấy thanh long thái lát TRỊNH LONG VŨ vu.tl183469@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật nhiệt
TỔNG QUAN
VẬT LIỆU SẤY
1.1.1 Khái niệm và phân loại a Khái niệm
Cây thanh long thuộc họ xương rồng, có nguồn gốc từ Nam Mỹ (cụ thể là Mexico)
Nó có tên tiếng anh là Pitaya hoặc Dragon Fruit Lúc đầu, giống cây này được nhập về Việt Nam từ thời thuộc địa Pháp, chủ yếu là dùng làm cây cảnh Vào đầu những năm 1990 mới được nhân rộng sản xuất cho đến ngày nay Hiện nay được trồng nhiều nơi trên thế giới như Việt Nam, Thái Lan, Malaysia, Indonesia, Đài Loan, Trung Quốc Việt Nam là nước ở Đông Nam Á có trồng thanh long tương đối tập trung trên qui mô thương mại với diện tích ước lượng 50.000 hectare (2020) tập trung tại Bình Thuận 30.000 hectare, phần còn lại là Long An, Tiền Giang, TP HCM, Khánh Hòa và rải rác ở một số nơi khác [1] b Mô tả sơ bộ cây thanh long
Thanh long có thân bò với 3 cánh dẹt, màu xanh lục nhạt, nhiều lá đài và cánh hoa dính vào nhau thành ống Nhiều tiểu nhụy, bầu hạ cho quả thịt với lớp vỏ ngòai màu đỏ tươi với những phiến hoa còn lại Quả dài 18-20cm, đường kính từ 12-15cm Sau lớp vỏ hơi dầy màu đỏ là phần thịt mầu trắng xanh (hoặc đỏ) với rất nhiều hạt màu đen nhỏ hơn hạt vừng
- Quả và hạt thanh long: Các hạt giống như hạt vừng đen nằm lẫn lộn trong ruột Lớp cùi thịt trong ruột thường được ăn dưới dạng quả tươi, có mùi vị thơm dịu, ngọt vừa phải và ít cung cấp calo Quả có thể chế biến thành nước quả hay rượu vang, hoa có thể ăn hay ngâm vào nước giống như chè Mặc dù các hạt bé tí xíu của chúng được ăn với thịt của ruột quả nhưng chúng không bị tiêu hoá Hình ảnh quả thanh long được trình bày trên hình 1.1
- Hoa thanh long: Hoa của thanh long chỉ nở vào ban đêm (khoảng 7h tối theo giờ Việt Nam) hoa màu trắng có mùi thơm tỏa ra, bông hoa nở tròn lớn cho nên còn được gọi là
“hoa trăng” hay “nữ hoàng của đêm”, bên trong nhụy chứa nhiều bột mịn có hương thơm
Vì vậy ngoài việc nuôi trồng ăn trái, thanh long cũng được trồng làm cây cảnh Hình ảnh hoa thanh long được trình bày trên hình 1.2
- Trụ bám cho thanh long: Thanh long cần bám vào cây trụ, do đó phải chuẩn bị cây trụ trước khi đặt hom giống Có thể dùng trụ bằng gỗ hay xi măng cốt thép Tuy nhiên nếu dùng trụ ximăng cần chú ý vào mùa nắng trụ hấp thụ nhiệt rất mạnh, dễ làm đứt các rễ khí sinh của thanh long, nên dùng rơm rạ, lá chuối hay bao tải bao một lớp mỏng xung quanh trụ để giảm bớt hấp thụ nhiệt và tưới lên trụ vào sáng sớm hay chiều tối Trồng trụ thẳng, trên đầu trụ đóng thêm giá đỡ hình chữ (+) hoặc đóng nẹp hai bên mép trụ giúp thanh long có chỗ bám trên đầu trụ, cành thanh long sẽ rũ xuống Hình ảnh trụ bám cho thanh long được trình bày trên hình 1.3
Hình 1.3 Trụ bám cho thanh long c Các loại thanh long
- Thanh long ruột trắng: Loại này có vỏ màu đỏ, ruột màu trắng được trồng chủ yếu ở
Bình Thuận Nơi này cũng cho chất lượng trái ngon nhất
- Thanh long ruột đỏ: Loại này có vỏ màu đỏ, ruột màu đỏ khi chín Được trồng nhiều nơi tại Việt Nam, đây cũng là giống phổ biến nhất được người nông dân ưa chuộng trồng Loại này cũng được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng sử dụng
- Thanh long tím hồng: Loại này có vỏ màu đỏ, ruột màu tím hồng Đây là giống được lai tạo giữa ruột trắng và ruột đỏ Cho năng suất trái tốt hơn hai loại kể trên Đây là giống mới
Nên người tiêu dùng còn bỡ ngỡ
- Thanh long vỏ vàng ruột trắng: Loại này có vỏ màu vàng, ruột trắng Giống này xuất xứ từ Thái Lan và được trồng tại Việt Nam vài năm gần đây Mẫu mã trái tương đối lạ mắt Về năng suất và khả năng tiêu dùng thì chưa được kiểm chứng d Thành phần dinh dưỡng trong quả thanh long Độ ẩm: 85.3%; Năng lượng: 67.7Kcal; Protein 1.1g; Chất bo 0.57g; Cacbohydrates 11.2g; Chất xơ 1.34g, Canxi 10.2mg; Phospho 27.5mg; Natri 8.9mg; Magie 38.9mg; Kali 272mg; Sắt 3.37mg; Kẽm 0.35mg; Sorbitol 32.7mg; Vitamin C 6mg (12mg đối với Loại ruột đỏ); Protid 1.1g (1.3g đối với Loại ruột đỏ); Một số chỉ tiêu như protit, đặc biệt chỉ tiêu Vitamin C ở thanh long ruột đỏ cao hơn nhiều so với thanh long ruột trắng Ngoài ra từ thanh long, người ta đã phân lập được n-hentriancotan (C31H64), β-sitosterol, và một vài sterol khác [4]
1.1.2 Vai trò của quả thanh long a Đối với sức khỏe
- Giúp chống lại các bệnh mãn tính: Thanh long là loại trái cây có chứa nhiều chất chống oxy hóa, chúng giúp ngăn ngừa tổn thương tế bào và viêm nhiễm từ các bệnh mãn tính
Cụ thể, trong ruột thanh long có 3 nhóm chất chống oxy hóa chính là Vitanmin C giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh ung thư, Betalain có tác dụng giúp giảm Cholesterols và ngăn chặn tế bào ung thư Carotenoids giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch và ung thư Ngoài thanh long, các loại quả mọng nhiệt đới như việt quất, dâu tây cũng có tác dụng cung cấp các chất chống oxy hóa Vì vậy, bạn nên sử dụng chúng trong chế độ ăn uống dinh dưỡng nhé
- Cung cấp chất xơ cho cơ thể: Thanh long là loại trái cây cung cấp nhiều chất xơ, với mỗi khẩu phần 1 cốc thanh long sẽ cung cấp được tới 7gr Chúng có tác dụng tốt cho hệ tiêu hóa, chống lại các bệnh về tim mạch, kiểm soát bệnh tiểu đường loại 2 và giúp cơ thể khỏe mạnh Tuy nhiên, việc ăn chất xơ hàng ngày sẽ có thể gây khó chịu ở dạ dày nhất là đối với những trường hợp thường xuyên ăn uống thiếu chất xơ Vì vậy, bạn hãy tăng dần khẩu phần chất xơ kết hợp với nước trong bữa ăn nhé
- Hỗ trợ lưu thông máu hiệu quả: Do có chứa nhiều sắt, là khoáng chất cần thiết cho quá trình tái tạo máu, giữ cho các hoạt động lưu thông của máu và hệ thống mạch được làm việc một cách trơn tru, nên việc dùng nhiều thanh long sẽ giúp cơ được khỏe mạnh hơn và lượng máu dồi dào hơn Hơn thế nữa, lượng oxy được cung cấp cho các hệ cơ quan sẽ được dồi dào hơn, giúp bạn có đầy đủ sức khỏe cho ngày dài làm việc và hoạt động
- Cung cấp magie cho cơ thể: Cùng với canxi, magie là nhân tố chính trong quá trình kích thích sự phát triển của xương, giúp cơ thể cao lớn và xương chắc khỏe Ngoài ra, magie còn tham gia vào rất nhiều các hoạt động thiết yếu khác của cơ thể như hỗ trợ hệ tim mạch lưu thông máu và các hoạt động của thận Việc chứa tới 10% lượng magie cần thiết mỗi ngày giúp thanh long là nguồn cung cấp dồi dào loại khoáng chất thiết yếu này
- Tốt cho hệ tiêu hóa: Nếu muốn làm sạch hệ thống tiêu hóa của bạn, hãy thường xuyên ăn thanh long Hàm lượng chất xơ cao trong thanh long hỗ trợ rất tốt cho những người có bệnh về tiêu hóa, giúp giảm các triệu chứng như kích thích đường ruột và táo bón Ngoài ra theo nghiên cứu, ăn thanh long giúp kích thích sự phát triển của các lợi khuẩn đường ruột làm cho việc hấp thụ các chất dinh dưỡng được hiệu quả hơn, vô cùng có lợi cho sức khỏe
- Tăng cường hệ miễn dịch: Với hàm lượng giàu các vitamin C, B1, B2 là các khoáng chất cần thiết cho sự tuần hoàn của cơ thể và hỗ trợ tăng cường hệ miễn dịch, sử dụng thanh long thường xuyên sẽ giúp chống lại các bệnh lý thông thường như cảm cúm, ho, viêm họng Đặc biệt, thanh long cũng có tác dụng "thần kỳ" lên việc đẩy lùi các tác nhân gây ung thư, ngăn ngừa tế bào ung thư phát triển và giảm thiểu nguy cơ tim mạch b Đối với kinh tế
CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY
1.2.1 Công nghệ sấy thanh long a Công nghệ sấy đối lưu tuần hoàn khí nóng
Công nghệ được ứng dụng phổ biến nhất vào làm máy sấy
Nguyên lý hoạt động là sự chuyển động của luồng không khí dùng làm tác nhân sấy Không khí nóng, được tạo ra bằng cách này hay cách khác chuyển động tuần hoàn trong buồng sấy, tiếp xúc với bề mặt vật cần sấy, làm cho hơi ẩm có trong vật bốc hơi, rồi chuyển động ra ngoài theo chính luồng không khí đó Nhiệt từ gió tách ẩm ra khỏi vật sấy, gió mang ẩm thoát ra bên ngoài Phương pháp này có nguyên lý như quá trình phơi nắng nhưng có hiệu suất sấy cao hơn do lưu lượng gió và nhiệt đều hơn, sản phẩm sấy khô nhanh hơn Luồng khí nóng này có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc vuông góc với chiều chuyển động của sản phẩm trong buồng sấy Công nghệ sấy đối lưu có thể được thực hiện sấy từng phần, từng giai đoạn hoặc thực hiện liên tục tùy vào nhu cầu sử dụng Do đó, các thành phẩm sau sấy cũng có thể được chuyển ra khỏi buồng sấy theo từng đợt (mẻ), hoặc liên tục đưa vào bằng hệ thống băng chuyền chuyển động liên tục
Sấy tuần hoàn khí nóng được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất thuốc, chủ yếu để sấy khô các loại dược liệu cứng, vẫn còn nguyên dạng chưa được cắt lát hay dạng bột thường được gọi là đông dược Ngoài ra, công nghệ sấy này còn được dùng để sấy khô những loại dược phẩm khác như thuốc bột, hạt, viên sủi, chai đóng gói…hay thực phẩm, một số linh kiện điện tử b Công nghệ sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách nước ra khỏi sản phẩm từ thể rắn (lạnh đông) sang thể hơi trong điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất, dưới điểm ba thể O (0,0098 °C; 4,58 mmHg), tức là nhiệt độ dưới điểm kết tinh của độ ẩm trong sản phẩm (Tk< 0 °C, áp suất dưới 4,58 mmHg)
Sản phẩm sau khi sấy gần như vẫn giữ nguyên được chất lượng tự nhiên ban đầu của nguyên liệu: protein không bị biến tính và thủy phân, glucid không bị oxi hóa, lipid không bị oxi hóa, vitamin và các hoạt chất sinh học không bị phá hủy, màu sắc và mùi vị không thay đổi, các chất xơ và chất khoáng được bảo toàn Sản phẩm có cấu trúc xốp, đặc biệt khi ngâm vào nước sẽ hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu, điều mà các phương pháp khác không thể thực hiện được
Nhờ những ưu điểm vượt trội như trên, người ta thường ứng dụng sấy thăng hoa để sấy các loại sản phẩm cao cấp như sữa ong chúa, nấm đông trùng hạ thảo, tổ yến, nấm linh chi, các loại dược phẩm, vaccine và các loại chế phẩm sinh học cho phép giữ lại được các vitamin, enzyme và hoạt chất sinh học quý hiếm, bảo toàn được chất lượng của nguyên liệu mà vẫn mang lại được giá trị kinh tế cao cho nhà sản xuất mặc dù công nghệ này tiêu tốn năng lượng cao hơn so với các phương pháp sấy thông thường khác, giá thành thiết bị còn khá cao, vận hành đòi hỏi trình độ kỹ thuật hiện đại và khó làm buồng kín chân không c Công nghệ sấy bơm nhiệt
Sấy bơm nhiệt là sử dụng hệ thống bơm nhiệt kết hợp với bộ cấp nhiệt phụ để có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy cần cung cấp cho buồng sấy, sử dụng hệ thống bơm nhiệt nhằm 2 mục đích chính là làm khô không khí sấy trước khi đưa trở lại buồng sấy và tận dụng nguồn nhiệt từ bơm nhiệt tạo ra để làm nóng khí sấy Điều quan trọng nhất của công
9 | P a g e nghệ là phương pháp tách ẩm để làm khô hoàn toàn không khí trước khi đưa trở lại lò sấy, yếu tố này giúp cho sản phẩm khô nhanh hơn dù sấy ở nhiệt độ thấp hay nhiệt độ cao Tuy nhiên vì yếu tố kỹ thuật nên các hệ thống sấy bơm nhiệt thường chỉ làm việc ở phạm vi nhiệt độ từ 10-60 độ C
Sấy bơm nhiệt có ưu điểm giữ màu sắc sản phẩm đẹp hơn, giữ chất dinh dưỡng tốt, sấy nhanh khô ở nhiệt độ thấp so với các dòng máy sấy thông thường Tuy nhiên giá thành máy là một yếu tố cần xem xét bởi cao hơn khá nhiều so với các dòng máy thông dụng khác
1.2.2 Các hệ thống, thiết bị sấy thanh long a Sấy bằng hệ thống sấy phun
Hệ thống sấy phun là hệ thống sấy chuyên dụng, dùng để sấy dung dịch lỏng hoặc huyền phù, nghĩa là dung dịch có sự kết hợp của pha rắn lơ lửng trong môi trường pha lỏng Thiết bị sấy là khoang sấy Vật liệu sấy được phun vào khoang sấy dưới dạng sương mù, trao đổi nhiệt – trao đổi chất với dòng TNS để thu được sản phẩm khô dạng bột min Sấy phun được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm để sản xuất sữa bột, bột đậu nành, bột trứng… trong công nghiệp nhẹ thì sấy phun được sử dụng để sấy bột giặt, hạt nhựa…
Do hệ thống sấy phun được sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, cho ra các sản phẩm có thể dùng được ngay nên yêu cầu rất khắt khe về điều kiện vệ sinh
Nguyên lý làm việc vật liệu sấy được đưa vào buồng sấy dưới dạng sương mù, phun càng tơi bao nhiêu thì sản phẩm sấy càng mịn bấy nhiêu Tác nhân sấy được gia nhiệt trong Calorifer và phun vào cùng với VLS trong buồng sấy Tại đây giữa TNS và VLS thực hiện việc trao đổi nhiệt ẩm làm giảm độ ẩm của VLS, TNS sau khi trao đổi nhiệt – ẩm với VLS thì có độ ẩm cao và đi ra ngoài nhưng mang theo một lượng rất lớn sản phẩm sấy nên được cho qua Cyclon để thực hiện việc tách sản phẩm sấy với TNS để thu hồi sản phẩm sấy và thải TNS ra ngoài
Máy sấy phun được trình bành trên hình 1.9
Các thiết bị chính trong hệ thống sấy phun:
- Buồng sấy (Chamber): Là nơi VLS và TNS trao đổi nhiệt – ẩm Thường có dạng hình trụ, vát côn ở đáy để thuận tiện cho việc lấy sản phẩm sấy ra Có đường dẫn VLS và TNS vào, đường lấy sản phẩm sấy ra ngoài ra còn có thêm một đường nối với Cyclone để thải TNS ra ngoài Cấu tạo buồng sấy được trình bày trên hình 1.10
- Vòi phun (Sprayer): VLS cần được phun dưới dạng sương mù vào buồng sấy, việc này được thực hiện nhờ vòi phun Do tính chất đặc thù như vậy nên trong HTS phun buộc phải có thiết bị tạo áp để nén dịch thể và tạo sương Thiết bị dùng trong HTS phun có thể nén dịch thể đến ấp suất 30-200 at để đưa vào vòi phun Thông thường có 3 loài vòi phun như sau: vòi phun cơ khí; vòi phun khí động; vòi phun sử dụng đĩa ly tâm
Hình 1.10 Cấu tạo buồng sấy
- Đáp ứng được yêu cầu công nghệ của một số loại sản phẩm sấy mang tính đặc thù;
- Khả năng làm việc liên tục, tốc độ sấy nhanh, năng suất sấy lớn;
- Sản phẩm sấy đồng đều, chất lượng tốt;
- Đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm cao;
- Quá trình sấy liên tục, khả năng cơ khí hóa, tự động hoá cao;
- Cần ít nhân lực vận hành
- VLS hạn hẹp, không áp dụng được với nhiều loại VLS, mỗi hệ thống khi thiết kế chỉ thường sử dụng cho một loại vật liệu sấy duy nhất;
- Chi phí đầu tư lớn, giá thành phụ tùng, thiết bị khá đắt;
- Hiệu suất nhiệt thấp, chi phí vận hành cao;
- Thiết bị phức tạp, yêu cầu tay nghề vận hành, bảo dưỡng cao;
- Yêu cầu có các hệ thống phụ trợ đi kèm b Sấy bằng hệ thống sấy lạnh nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt
Sấy lạnh là quá trinh sấy có nhiệt độ tác nhân sấy bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh (có thể ở nhiệt độ âm) Sấy lạnh được ứng dụng cho các vật liệu có giá trị cao như: Nông lâm hải sản, y dược
Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy lạnh:
Quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyền, tác nhân sấy là không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của một hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để hạ thấp nhiệt độ của chúng xuống dưới điểm động sương, hơi nước trong không khí bị ngưng tụ tách ra làm cho không khí có độ chứa hơi giảm về không, áp suất riêng phần hơi nước trong không khí giảm về không (nhưng không thể bằng không), không khí này được dẫn qua thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ không khí tăng lên và lớn nhất bằng nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm, dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bay bốc hơi và làm khổ Chu trình sấy lạnh nhiệt độ thấp dùng bơm nhiệt được trình bày trên hình 1.11
Thiết bị của hệ thống bơm nhiệt:
LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CHẾ ĐỘ SẤY
1.3.1 Phân tích chọn công nghệ, thiết bị sấy
Qua quá trình phân tích các phương pháp và thiết bị sấy, ta có thể thấy mỗi công nghệ sấy đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Đối với hệ thống sấy thanh long thái lát năng suất của hệ thống sấy G2 = 1000 kg/h, hệ thống sấy hầm và thiết bị sấy là hầm sấy sẽ đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về năng suất, chất lượng, tiết kiệm thời gian và năng lượng Ưu điểm của phương pháp sấy là kết cấu, cấu tạo đơn giản dễ thiết kế chế tạo và vận hành liên tục Hoạt động ổn định có bộ phận chuyển động đơn giản, hệ thống có độ bền và tuổi thọ cao
1.3.2 Lựa chọn và xác định chế độ sấy
- Năng suất sấy: thiết bị sấy có năng suất 1000 kg/h;
- Tác nhân sấy: không khí ẩm;
- Quá trình sấy: đối lưu cưỡng bức;
- Thiết bị sấy: hầm sấy;
- Công nghệ sấy: sấy bơm nhiệt;
- Phương án cấp nhiệt: năng lượng điện
Theo [2] ta có chế độ sấy được trình bày trên bảng 1.3.1
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị
2 Tốc độ tác nhân sấy 𝜔 2,5 m/s
3 Độ ẩm thanh long trước khi sấy 𝜔1 80%
4 Độ ẩm thanh long sau khi sấy 𝜔2 20%
5 Nhiệt độ tác nhân sấy 𝑡 1 40℃
6 Nhiệt độ không khí ngoài môi trường t 26℃
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
TÍNH LƯỢNG ẨM BAY HƠI
Yêu cầu của đề tài tính hệ thống sấy hầm sử dụng công nghệ sấy bơm nhiệt với các thông số như sau:
- Độ ẩm của thanh long ban đầu: ω1 = 80 [%]
- Độ ẩm thanh long sau khi sấy: ω2= 20 [%]
- Nhiệt độ tác nhân sấy: 40 [℃]
Theo [5] ta có lượng ẩm bay hơi được xác định theo công thức sau:
• 𝑊 – lượng ẩm bay hơi [kga/h]
• G2 – lượng vật liệu khô ra khỏi máy sấy hay năng suất thiết bị [kg/h]
• 𝜔1 – độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy [%]
• 𝜔2– độ ẩm của vật liệu sau khi sấy [%]
Thay số vào công thức 2.1 ta được lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ:
100 − 80 = 3000[kga h ] Lượng vật liệu ẩm đưa vào hệ thống sấy trong 1 giờ:
XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY THANH LONG
Với thanh long sấy được sản xuất từ 100% thanh long tươi, hoàn toàn không thêm phụ gia, không chất bảo quản, rất tốt cho sức khỏe Nên quy trình công nghệ sấy thanh long gồm 3 giai đoạn như sau: a Giai đoạn 1: Chuẩn bị vật liệu sấy
- Bỏ vỏ: Mục đích loại bỏ phần không ăn được của trái thanh long, tạo thuận lợi cho quá trình chế biến tiếp theo
- Cắt miếng: Mục đích để miếng thanh long có kích thước và chiều dày đồng đều thuận lợi cho các quá trình chế biến sau, đặc biệt là công đoạn sấy
Cách tiến hành: Dùng dao cắt thanh long thành những miếng tròn hoặc bán tròn có độ dày 0,5 cm
- Ngâm thẩm thấu: Mục đích sử dụng dung dịch đường có nồng độ cao, tạo ra áp suất thẩm thấu cao, ngăn cản sự hoạt động của vi sinh vật, tách một phần nước ra khỏi nguyên liệu giúp sấy nhanh hơn, đồng thời tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm sấy
Cách tiến hành: Sau khi bỏ vỏ cắt miếng thì ta tiến hành ngâm tiếp thanh long vào dung dịch đường Tỉ lệ nước ngâm nguyên liệu sao cho dung dịch ngâm thẩm thấu ngập bề mặt nguyên liệu
- Rửa: Mục đích loại bỏ lớp đường trên bề mặt nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy, giảm bớt độ dính sau khi sấy
Cách tiến hành: Sau khi ngâm thẩm thấu xong thì lấy thanh long ra nhúng nhanh qua nước sạch
- Làm ráo:Mục đích làm ráo nước trên bề mặt thanh long khi nhúng thanh long vào nước ở công đoạn trên
Cách tiến hành: Dùng giấy thấm khô thanh long khi thanh long đã được nhúng qua nước sạch
- Sắp xếp thanh long lên xe goong: Mục đích phân bố đều các miếng thanh long đã được thái lái giúp cho quá trình sấy nhanh chóng hơn
Các tiến hành: Xếp các miếng thanh long dàn đều trên khay sấy chiểm khoảng 70 -80% diện tích khay sấy b Giai đoạn 2: Thực hiện quá trình sấy
Sơ đồ công nghệ sấy được thể hiện trên hình 2.1
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sấy
Nguyên lý: Không khí bên ngoài môi trường có trạng thái 0 (t0 &℃; φ0 %) được cấp vào dàn lạnh qua cửa cấp gió nhả nhiệt cho dàn lạnh làm nhiệt độ của không khí giảm từ t0 xuống t1 Đồng thời nó cũng làm cho không khí ẩm trở lên quá bão hòa, nước ngưng tụ lại và được thoát ra ngoài theo đường ống dẫn Không khí ra khỏi dàn lạnh có trạng thái 1 có thông số (t1; φ1) theo kênh gió đưa tới dàn nóng Tại đây không khí ẩm được gia nhiệt đẳng dung ẩm làm cho độ ẩm tương đối trong không khí lúc này giảm xuống mạnh ở trạng thái
2 có thông số (t2; φ2) là trạng thái tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy Không khí khô sau khi ra khỏi dàn nóng theo kênh gió vào hầm sấy gia nhiệt cho vật liệu sấy, hấp thụ ẩm và vận chuyển ẩm ra khỏi vật sấy Không khí ra khỏi hầm sấy ở trạng thái 3 có thông số (t3; φ3) đi vào dàn lạnh và tiếp tục thực hiện quá trình sấy kín Do đó trong quá trình sấy lý thuyết không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường
20 | P a g e c Giai đoạn 3: Lấy vật liệu sấy ra khỏi thiết bị và đóng gói
Sau khi kết thúc quá trình sấy, các xe goong sẽ được đưa ra ngoài Thanh long thái lát sau khi hạ nhiệt sẽ được kiểm tra và sàng lọc những miếng không đạt yêu cầu, sau đó sẽ được đóng gói.
XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY
Quá trình sấy lý thuyết được thể hiện trên hình 2.2
Hình 2.2 Quá trình sấy lý thuyết
• Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời;
• Điểm 1: Trạng thái không khí sau dàn lạnh;
• Điểm 2: Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt;
• Điểm 3: Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy;
• Điểm 4: Trạng thái không khí trong dàn lạnh;
• 1-2: Quá trình đẳng dung ẩm trong dàn nóng;
• 2-3: Quá trình sấy đẳng Entanpy trong thiết bị sấy;
• 3-4-1: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh
2.3.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời
Với HTS đặt ở Đồng Nai, ta xác định được các thông số nhiệt độ, độ ẩm của Đồng Nai như sau:
- Nhiệt độ không khí vào: t0 = 26 ℃
- Theo [5], ta có phân áp suất bão hòa theo nhiệt độ được tính như sau:
- Entanpy của không khí ẩm:
• 𝑃 𝑏 : phân áp suất bão hòa của hơi nước [bar]
• 𝑑 0 : độ chứa hơi của không khí [kga/kgkk]
• 𝐼 0 : là entanpy của không khí [kJ/kgkk]
• 𝜑 0 : độ ẩm tương đối của không khí
• 𝑡 0 : nhiệt độ không khí [ºC]
• P: áp suất khí quyển [bar]
- Thay các giá trị vào (2.2) ta thu được phân áp suất bão hào của TNS như sau:
- Thay các giá trị vào (2.3) ta thu được độ chứa hơi của TNS như sau: d 0 = 0,621 0,8 0,033
- Thay các giá trị vào (2.4) ta thu được Entanpy của không khí ẩm như sau:
2.3.2 Thông số trạng thái của không khí sau dàn lạnh
- Lựa chọn nhiệt độ: t1 = 10 o C Độ ẩm tương đối: vì tác nhân sấy đến dàn lạnh ngưng tụ ẩm nên tác nhân sấy ở trạng thái bão hòa, chọn 𝜑 1 = 95%
- Thay các giá trị vào (2.2) ta thu được phân áp suất bão hòa của TNS như sau:
- Thay các giá trị vào (2.3) ta thu được độ chứa hơi của TNS như sau: d 1 = 0,621 0,95 0,012
- Thay các giá trị vào (2.4) ta thu được Entanpy của không khí như sau:
2.3.3 Thông số trạng thái của không khí sau khi đi qua dàn nóng
- Độ chứa hơi: Do quá trình 1-2 là quá trình gia nhiệt tác nhân sấy thông qua dàn nóng của bơm nhiệt nên:
- Thay các giá trị vào (2.2) ta thu được phân áp suất bão hào của TNS như sau:
- Độ ẩm tương đối của TNS: φ 2 = 𝑑 2
- Thay các giá trị vào (2.4) ta thu được Entanpy của không khí như sau:
2.3.4 Thông số trạng thái của không khí ra khỏi buồng sấy
- Để quá trình sấy được tối ưu nhất thì độ ẩm của không khí ẩm sau khi ra khỏi buồng sấy sẽ đạt giá trị 𝜑 3 = 70 [%]
- Theo và I ta xác định được qua đồ thị không khí ẩm nhiệt độ t3 = 26 [ o C]
- Thay các thông số vào (2.2) ta thu được phân áp suất cực đại của tác nhân sấy như sau:
- Thay các thông số vào (2.3) ta thu được dung ẩm của TNS như sau: d 3 = 0,621 0,7 0,033
2.3.5 Thông số trạng thái của không khí trong dàn lạnh
- Phân áp suất hơi bão hòa:
2.3.6 Quá trình sấy lý thuyết
Tổng hợp kết quả tính toán các thông số trạng thái của TNS trong quá trình sấy lý thuyết được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Thông số trạng thái của tác nhân sấy Điểm Đại lượng t
0 Trạng thái không khí ngoài trời 26 80 0,0168 68,9 0,033
1 Trạng thái không khí sau dàn lạnh 10 95 0,0072 28,17 0,012
2 Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt 40 16,4 0,0072 58,69 0,07
3 Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy 26 70 0,0147 58,69 0,033
4 Trạng thái không khí trong dàn lạnh 20,5 95 0,0147 57,89 0,024
TÍNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ VÀ LƯỢNG NHỆT CẦN CẤP CHO HỆ THỐNG 1 Tính lượng không khí cần cấp cho hệ thống sấy
2.4.1 Tính lượng không khí cần cấp cho hệ thống sấy
- Lượng ẩm ngưng tụ: Δd = d3 – d2 = 0,0147 – 0,0072 = 0,0075 [kga/kgkk]
- Lượng không khí khô cần để làm bay hơi 1kg ẩm: l lt = 1
- Lượng không khí khô cần cấp cho hệ thống sấy trong một giờ là:
- Thể tích không khí ẩm của 1 kg không khí khô khi đi vào HTS được xác định theo nhiệt độ t1= 40 ℃ và độ ẩm tương đối 𝜑 1 = 16,4% là:
- Thể tích không khí ẩm của 1 kg không khí khô khi đi vào HTS được xác định theo nhiệt độ t2= 26 ℃ và độ ẩm tương đối 𝜑 1 = 70% là:
- Lưu lượng thể tích của không khí khi đi vào HTS:
2.4.2 Tính lượng nhiệt cần cấp cho hệ thống sấy
- Nhiệt lượng cần thiết đề làm bay hơi 1kg ẩm trong quá trình sấy lý thuyết:
- Nhiệt cần cấp để gia nhiệt cho tác nhân sấy trong một giờ sấy:
- Công suất dàn ngưng tụ là:
- Nhiệt thu được do ngưng tụ nước ở dàn bay hơi:
- Lượng nhiệt thu được do ngưng tụ ẩm từ không khí khô trong 1 giờ là:
- Công suất của dàn lạnh trong hệ thống là:
Lưu lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần cấp cho quá trình sấy lý thuyết được trình bày trong bảng 2.2
Bảng 2.2 Thông số lưu lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần cấp cho quá trình sấy lý thuyết
Quá trính sấy lý thuyết Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Lượng không khí khô cần để làm bay hơi 1kg ẩm l lt kgkk/kga 133,3 Lưu lượng không khí cần cấp cho HTS Llt kgkk/h 400000 Nhiệt cần cấp để gia nhiệt cho tác nhân sấy trong 1 giờ sấy Q k.lt τ kJ/h 12,2.10 6
Công suất dàn ngưng tụ Q klt kW 3888,89
Lượng nhiệt thu được do ngưng tụ ẩm từ không khí khô trong 1 giờ Q 0,lt τ kJ/h 11,9.10 6
Công suất dàn lạnh Q 0.lt kW 3301,4
TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
TÍNH KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA HẦM SẤY
Ta lựa chọn xe goong là thiết bị chuyền tải dùng trong hệ thống sấy Xe goong được làm bằng vật liệu inox 304 với các khay sấy dạng tấm lưới Inox 304 là vật liệu kim loại có độ bền cao chống oxi hóa, không bị ăn mòn hay gỉ sét rất phù hợp trong hệ thống sấy Hình ảnh xe goong được trình bày trong hình 3.1
Hình 3.1 Hình ảnh xe goong
Chọn khối lượng thanh long trên mỗi khay sấy là 15 kg Trong đó thanh long được thái lát mỏng 10 mm có tiết diện tròn với khối lượng riêng 𝜌 = 1037𝑘𝑔/𝑚 3 Vậy diện tích khay sấy là:
1037.10 10 −3 0,8≈ 1,8 [𝑚 2 ] Để thiết kế tính toán cho hệ thống sấy hầm với năng suất G2 00 kg/h thanh long thì ta có kích thước và kết cấu cơ bản của hầm sấy như sau:
- Kích thước khay sấy: Rk x Lk x Hk = 1500 x 1200 x 30 [mm]
Rk: Chiều rộng của khay sấy [mm];
Lk: Chiều dài của khay sấy [mm];
Hk: Chiều cao của khay sấy [mm]
- Số khay sấy trên 1 xe goong: 15 [khay]
- Khoảng các giữa hai khay: 50 [mm]
- Chiều rộng xe goong: Rx00+2.4080 [mm]
- Chiều dài của xe goong: Lx= 1200+40.2 = 1280 [mm]
- Chiều cao xe goong: Hx= 30.15+50.16+80+120 = 1450 [mm]
- Khối lượng VLS trên 1 xe goong: 𝐺 𝑥 = 15.15 = 225 [𝑘𝑔]
- Số xe goong cần thiết:
- Số xe goong cần cho một hầm sấy: m = 10 [xe/hầm]
- Số hầm sấy cần thiết kế: 9 hầm
- Kích thước sơ bộ của một hầm sấy:
Kích thước phủ bì hầm sấy:
Hầm sấy được sây bằng gạch đỏ có chiều dày 1= 250 mm Trần hầm sấy sẽ được đổ bê tông có chiều dày 2= 70 mm
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO THIẾT BỊ SẤY
Cân bằng năng lượng trong hệ thống sấy được thể hiện trên hình 3.2
Hình 3.2 Cân bằng năng lượng trong hệ thống sấy
Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sây:
• Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy;
• −𝑊 𝐶 𝑛 𝑡 𝑚1 = 𝑄 1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào;
• 𝐺 2 𝐶 𝑚 (𝑡 𝑚2 − 𝑡 𝑚1 ) = 𝑄 𝑚 - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra;
• 𝑄 5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che;
• 𝐺 𝑣𝑐 𝐶 𝑣𝑐 (𝑡 𝑚2 − 𝑡 𝑚1 ) = 𝑄 𝑣𝑐 - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển;
• 𝐿 (𝐼 3 − 𝐼 1 ) = 𝑄 2 - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy;
Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua 𝑄 𝑏𝑠 ta có:
3.2.1 Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy
Theo [5], nhiệt tổn thất do VLS mang đi được tính như sau:
- W’ là lượng ẩm bay hơi trong một giờ của một hầm sấy, [kga/h];
- Qv là nhiệt lượng tổn thất bởi VLS trong cả quá trình sấy, [kJ/h]
Qv = G2’Cv (tf1 – tf2) (3.4) Trong đó:
- G2’: Năng suất của một hầm sấy, [kg/h];
- tf1: Nhiệt độ VLS khi ra khỏi hầm sấy, [℃];
- tf2: Nhiệt độ VLS ban đầu bằng nhiệt độ không khí ngoài môi trường, [℃];
- Cv là nhiệt dung riêng của Thanh long sau khi ra khỏi hầm sấy
- Cp: Nhiệt dung riêng tuyệt đối của thanh long Cp = 3,802 [kJ/kgK];
- Ca: Nhiệt dung riêng của nước Ca = 4,1868 [kJ/kgK];
- ω2: Độ ẩm thanh long sau khi ra khỏi thiết bị sấy 2= 20 [%]
Thay các thông số vào công thức (3.5) ta có nhiệt dung riêng của thanh long sau khi ra khỏi hầm sấy như sau:
- Năng suất của một hầm sấy:
- Nhiệt độ VLS khi ra khỏi hầm sấy: 𝑡 𝑓1 = 𝑡 2 +𝑡 3
- Nhiệt độ VLS ban đầu trước khi vào buồng sấy: 𝑡 𝑓2 = 26 [℃]
Thay các thông số vào công thức (3.4) ta có nhiệt lượng tổn thất trong cả quá trình như sau:
Ta có lượng ẩm bay hơi trong 1giờ của một hầm sấy:
ℎ ] Thay vào công thức (3.3) ta có nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi như sau:
3.2.2 Nhiệt tổn thất do thiết bị chuyền tải
Ta lựa chọn xe goong là thiết bị chuyển tải dùng trong hệ thống sấy Xe goong và khay sấy được làm bằng inox 304 với nhiệt dung riêng: Ci= 0,5 kJ/kgK
Theo [6], ta có nhiệt tổn thất do thiết bị chuyền tải như sau:
- W’ là lượng ẩm bay hơi trong một giờ của một hâm sấy, [kga/h];
- Qct là nhiệt lượng tổn thất bởi thiết bị chuyền tải trong cả quá trình sấy
Qct = Qxe + Qkhay a Nhiệt lượng tổn thất do xe goong mang đi
Nhiên liệu cần để thiết kế khung xe goong:
Các thanh làm bằng inox có kích thước: 40x40x3 mm
Tổng khối lượng khung xe goong:
𝐺 𝑥𝑒 = {(40 10 −3 ) 2 − (40 − 2.3) 2 10 −6 } 7930.4 (1,24 + 1,58 + 1,2) = 58 [𝑘𝑔] Nhiệt lượng tổn thất do xe goong mang đi:
Qxe= n Gxe Ci (tf1-tf2) 58.0,5 (33-26) = 2030 [kJ]
- Gxe là khối lượng xe goong, [kg];
- Ci là nhiệt dung riêng của inox nhiên liệu làm xe goong, [kJ/kgK];
- tf1 là nhiệt độ của xe goong ra khỏi hầm sấy, [℃];
- tf2 là nhiệt độ của xe goong trước khi vào hầm sấy bằng không khí ngoài môi trường, [℃] b Nhiệt lượng tổn thất do khay mang đi
Nhiên liệu cần làm khung khay sấy:
Các thanh làm bằng inox có kích thước 30x30x3 mm
Tổng khối lượng khung khay:
Mỗi khay có tấm lưới ở đáy, kích thước lỗ 10x10 mm làm bằng inox
Kích thước tấm lưới 1,14 x1,44 mm, khối lượng 2 kg/tấm
Tổng khối lượng khay sấy trong 1 xe goong:
Nhiệt lượng tổn thất do khay sấy mang đi:
Qkhay= n Gkhay Ci (tf1-tf2) 240.0,5 (33-26) = 8400 [kJ]
- n là số xe goong trong một hầm sấy;
- Gkhay là khối lượng khay sấy trong một xe goong, [kg];
- Ci là nhiệt dung riêng của inox nhiên liệu làm xe goong, [kJ/kgK];
- tf1 là nhiệt độ của khay sấy ra khỏi hầm sấy, [℃];
- tf2 là nhiệt độ của khay sấy trước khi vào hầm sấy bằng không khí ngoài môi trường [℃]
Nhiệt lượng tổn thất bởi thiết bị truyền tải trong cả quá trình sấy:
Ta có lượng ẩm bốc hơi trong 1giờ của một hầm sấy: W’= 333,3 [kga/h]
Nhiệt tổn thất do thiết bị chuyền tải:
3.2.3 Nhiệt tổn thất ra môi trường qua kết cấu bao che a Tính tổn thất nhiệt qua hai bên tường hầm
Nhiệt độ bên ngoài hầm sấy: tf2 = t0 = 26 [℃]
Nhiệt độ bên trong hầm sấy:
Hầm sấy có tường làm bằng gạch có chiều dày 𝛿 1 %0 [mm] Theo [2], ta tra bảng phụ lục có hệ số dẫn nhiệt = 0.77 [W/mK]
Theo [6], ta có nhiệt tổn thất qua hai bên tường hầm được tính theo công thức:
F là diện tích hai bên tường hầm sấy:
∆𝑡 là độ chênh nhiệt độ trong và ngoài hầm sấy:
K là hệ số truyền nhiệt, [W/m 2 K]
Với 𝛼 1 , 𝛼 2 là các hệ số tỏa nhiệt từ tác nhân sấy đến vách trong của buồng sấy và hệ số tỏa nhiệt từ vách ngoài của buồng sấy tới không khí (W/m 2 K) Để xác định 𝛼 1 , 𝛼 2 ta dùng phương pháp lặp
Giả thiết tw1 = 31 0 C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân bằng nhiệt :
Hệ số toả nhiệt α1 được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:
𝑚 2 𝐾] Vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua tw1:
𝑞 = 𝛼 1 (𝑡 𝑓1 – 𝑡 𝑤1 ) = 14,49 (33 − 31) = 30 [𝑊/𝑚 2 ] Nhiệt độ vách ngoài tường được xác định theo công thức:
Tra bảng thông số không khí với tm = 21℃, ta có các thông số sau:
Ta có Gr Pr = 0,702.8,3.10 9 = 5,8.10 9 thuộc khoảng từ (2.10 7 – 10 13 )
Sai số này nhỏ nên các kết quả tính trên có thể chấp nhận
Vậy hệ số truyền nhiệt:
Thay vào công thức (3.6), nhiệt tổn thất qua hai bên tường hầm là:
333,3 = 6,17 [ kJ kga] b Tính tổn thất nhiệt qua trần
Theo [6], với bề mặt nóng quay lên như trần hầm sấy thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 𝛼 2𝑡𝑟 1,3 𝛼 2 = 1,3.3,1 = 4,03 [ 𝑊
𝑚𝐾] Do đó hệ số truyền nhiệt tính cho trần:
Trong đó 𝜆 2 tương ứng là hệ số dẫn nhiệt của bê tông Theo [2], ta có 𝜆 2 = 1,55 𝑊/𝑚𝐾
Ta có nhiệt tổn thất qua trần được tính theo công thức:
𝑘𝑔𝑎] c Tính tổn thất nhiệt qua cửa
Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép dày 𝛿 4 = 5 𝑚𝑚, có hệ số dẫn nhiệt 𝜆 4 0,5 𝑊/𝑚𝐾 Do đó hệ số truyền nhiệt qua cửa Kc bằng:
Cửa phía TNS vào có độ chênh nhiệt độ (t1-t0) còn cửa đầu kia có độ chênh nhiệt độ bằng (t2-t0) Do đó ta có nhiệt tổn thất qua cửa:
𝑘𝑔𝑎] d Tính nhiệt tổn thất qua nền
Nhiệt độ trung bình của TNS bằng 33 ℃ và giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m, Theo [1], ta có mật độ dòng nhiệt tổn thất 𝑞 = 27 [W/m 2 ]
Diện tích nền hầm sấy:
Do đó ta có nhiệt tổn thất qua nền:
𝑘𝑔𝑎] Như vậy ta có tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra ngoài môi trường:
3.3 TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
Do = 35,48 > 0 nên điểm 3’ trong quá trình sấy thực tế sẽ nằm bên phải điểm 3 Đồ thị I- d của quá trình sấy thực được trình bày trên hình 3.3
Hình 3.3 Đồ thị I-d của quá trình sấy thực
- Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời
- Điểm 1: Trạng thái không khí sau dàn lạnh;
- Điểm 2: Trạng thái không khí sau dàn nóng;
- Điểm 3’: Trạng thái không khí sau thiết bị sấy trong trường hợp sấy thực tế;
- Điểm 3: Trạng thái không khí sau thiết bị sấy trong trường hợp sấy lý thuyết;
- Điểm 4’: Trạng thái không khí trong dàn lạnh trong quá trình sấy thực;
- Điểm 4: Trạng thái không khí trong dàn lạnh trong quá trình sấy lý thuyết;
- 1 – 2: Quá trình gia nhiệt trong dàn nóng;
- 2 – 3: Quá trình sấy thực tế trong thiết bị sấy;
- 3 – 4: Quá trình làm lạnh và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh
3.3.1 Tính toán thông số trạng thái của TNS tại điểm 0, điểm 1, điểm 2
Thông số trạng thái của TNS tại các điểm 0,1,2 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số trạng thái TNS tại điểm 0,1,2 Điểm Đại lượng t
0 Trạng thái không khí ngoài trời 26 80 0,0168 68,9 0,033
1 Trạng thái không khí sau dàn lạnh 10 95 0,0072 28,17 0,012
2 Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt 40 16,4 0,0072 58,69 0,07
3.3.2 Tính toán thông số trạng thái của TNS tại điểm 3’
Phân áp suất bão hòa: P3 = P3’ = 0,033 [bar] Độ chứa ẩm d3’ của quá trình sấy thực:
𝑘𝑔𝑘𝑘] Entanpy của tác nhân sấy:
I 3′ = 1,004.26 + 0,02 (2500 + 1,842.26) = 77,06 [ kJ kgkk] Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy: φ 3′ = 𝑃 𝑎 𝑑 3′
3.3.3 Tính toán thông số trạng thái của TNS tại điểm 4’ Độ ẩm tương đối: 𝜑 4 = 100 [%]
Phân áp suất hơi bão hòa:
Nhiệt độ của tác nhân sấy:
Entanpy của tác nhân sấy:
THIẾT LẬP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG VÀ TÍNH HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA HỆ THỐNG
Tổng hợp kết quả tính toán các thông số trạng thái của TNS trong quá trình sấy thực được trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Thông số trạng thái của tác nhân sấy Điểm Đại lượng t
0 Trạng thái không khí ngoài trời 26 80 0,0168 68,9 0,033
1 Trạng thái không khí sau dàn lạnh 10 95 0,0072 28,17 0,012
2 Trạng thái không khí sau khi gia nhiệt 40 16,4 0,0072 58,69 0,07
3’ Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy 26 80 0,02 77,06 0,033
4’ Trạng thái không khí trong dàn lạnh 17,5 100 0,02 75,2 0,03
Theo [2], để thiết lập bảng cân bằng năng lượng ta tính:
- Lượng không khí khô cần để làm bay hơi 1kg ẩm:
- Lượng không khí khô cần cấp cho hệ thống sấy trong một giờ là:
- Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy thực:
- Nhiệt cần cấp để gia nhiệt cho tác nhân sấy trong một giờ sấy:
- Công suất của dàn ngưng tụ phụ là:
- Nhiệt thu được do ngưng tụ nước ở dàn bay hơi:
- Lượng nhiệt thu được do ngưng tụ ẩm từ không khí khô trong 1h:
- Công suất của dàn lạnh là:
KIỂM TRA VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KẾT CẤU THIẾT BỊ SẤY
Kích thước thực của hầm sấy sau quá trình tính toán và kiểm tra được trình bày bảng 3.4
Bảng 3.4 Kích thước hầm sấy Đại lượng Kích thước [mm]
Chiều dài xe goong, Lx 1280
Chiều rộng xe goong, Rx 1580
Chiều cao xe goong, Hx 1470
Chiều dài hầm sấy , Lh 15360
Chiều rộng hầm sấy , Rh 1680
Chiều cao hầm sấy , Hh 1570
TÍNH THIẾT KẾ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
BỐ TRÍ HỆ THỐNG SẤY
4.1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy
Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy
1- Máy nén 7- Bộ chứa nước ngưng
2- Dàn ngưng tụ ngoài 8- Quạt
3- Thiết bị hồi nhiệt 9- Tấm lọc bụi
4- Bình chứa cao áp 10- Xe goong
5- Dàn bay hơi 11- Hầm sấy
4.1.2 Bố trí mặt bằng hệ thống sấy
Hình 4.2 Sơ đồ mặt bằng hệ thống sấy
Sơ đồ mặt bằng hệ thống sấy hầm được thể hiện trên hình 4.2 Khi các xe tải trở Thanh long đến sẽ được các xe nâng đưa vào kho nhập hàng, sau đó được đưa đi sơ chế để chuẩn bị cho quá trình sấy Sau khi sơ chế xong thì Thanh long sẽ được đưa vào hầm sấy để sấy Sau khi sấy thành phẩm thì sẽ được đóng gói và bảo quản để xuất kho
4.1.3 Bố trí các thiết bị trong hệ thống sấy
Hình 4.3 Sơ đồ bố trí thiết bị sấy
1- Máy nén 5- Dàn ngưng tụ trong
2- Thiết bị hồi nhiệt 6- Quạt
3- Dàn ngưng tụ ngoài 7- Cửa chớp
4- Dàn bay hơi 8- Xe goong
THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG BƠM NHIỆT
4.2.1 Lựa chọn môi chất lạnh cho hệ thống bơm nhiệt
Từ kết quả của chương 3 ta cần tính chọn bơm nhiệt thỏa mãn yêu cầu công nghệ của quá trình sấy:
Thiết bị ngưng tụ có năng suất nhiệt 𝑄 𝑘 = 220,3[𝑘𝑊], gia nhiệt cho TNS từ 10℃ lên đến 40℃;
Thiết bị bay hơi có năng suất nhiệt 𝑄 0 = 353,1[𝑘𝑊], làm lạnh tách ẩm TNS từ 26℃ xuống 10℃
Về cơ bản, môi chất dùng cho bơm nhiệt cũng tương tự như môi chất dùng trong máy lạnh Các yêu cầu về tính chất vât lý, hóa học, an toàn, nhiệt động và môi trường cũng tương tự như đối với môi chất lạnh Do đặc điểm là bơm nhiệt làm việc ở cấp nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi cao hơn nên các đặc điểm của nó gần với máy điều hòa không khí hơn là máy lạnh
Vậy, những môi chất nào đang sử dụng cho điều hòa không khí thì đó cũng là những môi chất có thể sử dụng cho bơm nhiệt Qua tìm hiểu, em lựa chọn môi chất R22 cho hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt của mình Do R22 có các tính chất nổi bật sau:
- Sử dụng rộng rãi, có công nghệ ổn định, hiệu quả năng lượng cao, công nhân quen thuộc trong lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa;
- Không cháy nổ, không độc, ổn định về mặt nhiệt động và hóa học
- Phù hợp với bơm nhiệt, có thể tạo nguồn nhiệt đến 50℃, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ 45℃
4.2.2 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán, thiết kế có thể được lấy như sau:
- 𝑡 𝑏 : Nhiệt độ của buồng lạnh là 𝑡 𝑏 = 10 [℃];
- ∆𝑡 0 : Hiệu nhiệt độ yêu cầu Hiệu nhiệt độ tối ưu ∆𝑡 0 = 8 − 13 [℃] Ta chọn ∆𝑡 0 10 [℃]
4.2.3 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán, thiết kế có thể được lấy như sau:
- 𝑡 2 : Nhiệt độ của không khí ngoài môi trường là 𝑡 2 = 40 [℃];
- ∆𝑡 𝑘 : Hiệu nhiệt độ theo yêu cầu đối với dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng gió thì ∆𝑡 𝑘 10 − 15 ℃ Ta chọn ∆𝑡 𝑘 = 10 [℃]
4.2.4 Nhiệt độ quá lạnh và nhiệt độ hơi hút
Nhiệt độ quá lạnh tql là nhiệt độ môi chất lạnh trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn Trong hệ thống lạnh freon, việc quá lạnh được thực hiện trong bình hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh ở bình bay hơi ra trước khi về máy nén
Nhiệt độ hơi hút th là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Nhiệt độ của hơi hút được xác định như sau:
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 𝑡 0 = 0 [℃]
- Độ quá nhiệt của môi chất lạnh, đối với R22 chọn ∆𝑡 𝑞𝑛 = 10 [℃]
SƠ ĐỒ THIẾT BỊ VÀ CHU TRÌNH CỦA BƠM NHIỆT
4.3.1 Sơ đồ và chu trình
Với tk và t0 đã xác định như ở trên, ta tra được thông số theo phần mềm coolpack được thông số của môi chất R22 như sau:
Như vậy ta có tỷ số nén:
Ta thấy tỷ số nén nhỏ hơn 12 nên chọn máy nén một cấp
Sơ đồ thiết bị đơn giản của chu trình bơm nhiệt freon một cấp và chu trình lạnh của hệ thống được trình bày trên hình 4.4 và hình 4.5
Hình 4.4 Sơ đồ thiết bị hệ thống bơm nhiệt
Hình 4.5 Chu trình lạnh của hệ thống bơm nhiệt
4.3.2 Xác định thông số ở các điểm nút trong chu trình
Sử dụng phần mềm EES để tra các thông số của R22 trên chu trình, ta có kết quả được thể hiện trong bảng 4.1
Bảng 4.1 Thông số các điểm nút của môi chất R134a tại điều kiện làm việc thực tế Điểm P [bar] t [℃] s [kJ/kgK] i [kJ/kg] v [m 3 /kg]
Giả sử hiệu suất không thuận nghịch 𝜂 𝑠 = 0,7, khi đó Entanpy tại trạng thái 2r là:
Vì là chu trình hồi nhiệt nên: 𝑖 3′ = 𝑖 3 − 𝑖 1 ′ + 𝑖 1 = 256 [ 𝑘𝐽
𝑘𝑔] Lưu lượng môi chất lạnh trong hệ thống thực:
Công suất dàn ngưng tụ:
Lưu lượng thể tích môi chất tại đầu hút:
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ HỆ THỐNG BƠM NHIỆT
Do công suất lạnh của máy nén phụ thuộc rất lớn vào chế độ vận hành nên chế độ vận hành khác so với trong catalogue Để chọn máy nén phù hợp ta tiến hành quy đổi năng suất lạnh từ chế độ vận hành sang chế độ quy chuẩn: Với môi chất R22 ở chế độ tiêu chuẩn, lựa chọn điều kiện làm việc danh định theo tiêu chuẩn EN 12900 vì gần với điều kiện tính toán nhất:
Sử dụng công cụ EES để xác định thông số các điểm nút của R22 trên chu trình lạnh theo điều kiện làm việc của tiêu chuẩn EN 12900 được trình bày trong bảng 4.2
Bảng 4.2 Thông số của R22 tại các điểm nút trong chu trình với điều kiện làm việc theo tiêu chuẩn EN12900 Điểm P [bar] t [℃] S [kJ/kgK] I [kJ/kg] v [m 3 /kg]
Hiệu chỉnh công suất của máy nén theo tiêu chuẩn EN 12900
Tiến hành tính toán lại công suất của máy nén dựa trên điều kiện làm việc theo tiêu chuẩn
EN 12900 nhằm lựa chọn máy nén bằng catalog của hãng Danfoss
Công suất làm việc của máy nén theo điều kiện làm việc danh định:
Với các thông số vừa tính toán được như trên, tra bằng phần mềm của hãng Bitzer ta chọn được máy nén trục vít dòng Compact CSH8583-160 phù hợp với yêu cầu Hình ảnh máy nén được thể hiện trên hình 4.6 và hình 4.7
Hình 4.6 Thông số kỹ thuật của máy nén CSH8583-160
Hình 4.7 Kích thước máy nén CSH8583-160
Chọn van tiết lưu theo công suất của máy nén và loại van hoạt động ở nhiệt độ dương Với công suất nén Q0 = 353,1 kW và dùng gas R22, ta chọn van tiết lưu TEX 55 Thiết bị được mô tả như trong hình 4.8
Hình 4.8 Van tiết lưu TEX 55
4.4.3 Tính toán thiết bị ngưng tụ phụ
Chọn loại dàn ngưng tụ cho hệ thống là dàn ngưng tụ giải nhiệt gió cưỡng bức cấu tạo ống đồng cánh nhôm
Chọn ống cho dàn ngưng:
Do môi chất là R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng
- Cánh kiểu tấm hình chữ nhật;
- Chiều dày: δc = 0,2 – 0,5 [mm] → chọn δc = 0,3 [mm];
- Bước cánh: sc = 2 – 3 [mm] → chọn sc = 3 [mm];
- Bỏ qua phần diện tích đầu cánh lấy đường kính cánh dc = 34 [mm]
Nhiệt độ không khí vào dàn: 𝑡 2 = 10 [℃]
Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn: 𝑡 3′ = 40 [℃]
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: 𝑡 𝑘 = 50 [℃] a Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Độ chênh nhiệt độ trung bình được tính theo công thức:
= 21,64 [℃] b Xác định hệ số truyền nhiệt k
Ta thấy d2/d1 = 1,2 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo công thức như với vách phẳng:
𝛼 1 , 𝛼 2 - Hệ số trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống, [W/m 2 K];
𝜆 - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, [W/mK];
Tra bảng thông số vật lý của kim loại ta có: λCu = 389 [W/mK]
𝛿 - Chiều dày vách, ở đây chiều dày vách trụ được tính theo công thức: δ = 0,5 (d2 – d1) = 0,5 (0,018 – 0,015) = 0,0015 [m]
Hệ số làm cánh được tính theo công thức:
2 d 1 l Với nc là số cánh trên 1 ống
• Diện tích phần không cánh của ống:
• Diện tích phần có cánh của ống:
Ta có đường kính tương đương:
Tốc độ tại khe hẹp: ω max = ω 0
Với h là chiều cao cánh h =d c − d 2
2 = 0,008 [m] c Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài 𝜶 𝟐
Nhiệt độ trung bình của TNS: 𝑡 𝑡𝑏 = 10+40
Tra thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ ttb ta có: ρ2 = 1,185 kg/m 3 , Cp = 1,005 kJ/kgK, ν = 22,15.10 -6 m 2 /s, Pr = 0,702, λ = 2,645 10 -2 W/mK
22,15 10 −6 = 7991 Khi đó hệ số Nu được tính theo công thức với ống xếp song song:
Hệ số tỏa nhiệt của cánh:
Hệ số tỏa nhiệt tương đương phía ống có cánh:
𝑚 2 𝐾] d Tính hệ số tỏa nhiệt 𝜶 𝟏
Với R134 ngưng trong ống nằm ngang, ta có 𝛼 1 = 1,2 𝛼 𝑁 [ 𝑊
𝛼 𝑁 = 0,728 (λ 3 ρ 2 g r μ Δt d 2 ) 0,25 Nhiệt độ trung bình của môi chất đi trong ống là 50 [℃]
Tra thông số của R22 tại 50 [℃] có:
• Hệ số dẫn nhiệt môi chất λ = 0,0746 [W/mK];
• Khối lượng riêng thể tích môi chất ρ = 1109,8 [kg/m3];
• Độ nhớt động lực học của môi chất μ = 2,145.104 [Ns/m2];
• Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất r = 143 [kJ/kg];
• Δt = tk – tw = 1,2 với tw = 48,8 ℃ là nhiệt độ vách tính theo phương pháp lặp
Thay vào công thức ta có:
So sánh q và q’ với sai số cho phép không quá 5%, ta có:
Diện tích trao đổi nhiệt:
378 21,64 = 42 [𝑚 2 ] Tính các thông số cụ thể dàn ngưng:
Chọn số hàng ống trong dàn ngưng là 24 hàng ống, mỗi hàng có 25 ống
Chiều sâu dàn W = 0,034.25 = 0,85 [m] e Trở lực trong dàn ngưng tụ phụ
Trở lực trong dàn ngưng tụ phụ được tính theo công thức:
2 𝑧 Trong đó: ξ là hệ số trở kháng được xác đinh theo công thức:
0,034 − 0,018) −0,1 = 0,66 ρ là khối lượng riêng của không khí qua dàn ρ = 1,185 [kg/m 3 ]
𝜔 𝑚𝑎𝑥 là vận tốc tại khe hẹp 𝜔 𝑚𝑎𝑥 = 7,08 [m/s] z là số hàng ống z = 24
4.4.4 Tính toán thiết bị ngưng tụ chính
Chọn loại dàn ngưng tụ cho hệ thống là dàn ngưng tụ giải nhiệt gió cưỡng bức cấu tạo ống đồng cánh nhôm
Chọn ống cho dàn ngưng:
Do môi chất là R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng
- Cánh kiểu tấm hình chữ nhật;
- Chiều dày: δc = 0,2 – 0,5 [mm] → chọn δc = 0,3 [mm];
- Bước cánh: sc = 2 – 3 [mm] → chọn sc = 3 [mm];
- Bỏ qua phần diện tích đầu cánh lấy đường kính cánh dc = 34 [mm]
Nhiệt độ không khí vào dàn: 𝑡 2 = 10 [℃]
Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn: 𝑡 3′ = 40 [℃]
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: 𝑡 𝑘 = 50 [℃] a Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Độ chênh nhiệt độ trung bình được tính theo công thức:
49 | P a g e b Xác định hệ số truyền nhiệt k
Ta thấy d2/d1 = 1,2 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo công thức như với vách phẳng:
𝛼 1 , 𝛼 2 - Hệ số trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống, [W/m 2 K];
𝜆 - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, [W/mK];
Tra bảng thông số vật lý của kim loại ta có: λCu = 389 [W/mK]
𝛿 - Chiều dày vách, ở đây chiều dày vách trụ được tính theo công thức: δ = 0,5 (d2 – d1) = 0,5 (0,018 – 0,015) = 0,0015 [m]
Hệ số làm cánh được tính theo công thức:
2 d 1 l Với nc là số cánh trên 1 ống
• Diện tích phần không cánh của ống:
• Diện tích phần có cánh của ống:
Ta có đường kính tương đương: d tđ 0,056 0,018 + 0,435 √0,435
Tốc độ tại khe hẹp: ω max = ω 0
= 4,72[m s] Với h là chiều cao cánh
2 = 0,008 [m] c Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài 𝜶 𝟐
Nhiệt độ trung bình của TNS: 𝑡 𝑡𝑏 = 10+40
Tra thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ ttb ta có: ρ2 = 1,185 kg/m 3 , Cp = 1,005 kJ/kgK, ν = 22,15.10 -6 m 2 /s, Pr = 0,702, λ = 2,645 10 -2 W/mK
22,15 10 −6 = 5327 Khi đó hệ số Nu được tính theo công thức với ống xếp song song:
Hệ số tỏa nhiệt của cánh:
Hệ số tỏa nhiệt tương đương phía ống có cánh:
𝑚 2 𝐾] d Tính hệ số tỏa nhiệt 𝜶 𝟏
Với R22 ngưng trong ống nằm ngang, ta có 𝛼 1 = 1,2 𝛼 𝑁 [ 𝑊
𝛼 𝑁 = 0,728 (λ 3 ρ 2 g r μ Δt d 2 ) 0,25 Nhiệt độ trung bình của môi chất đi trong ống là 50 [℃]
Tra thông số của R22 tại 50 [℃] có:
• Hệ số dẫn nhiệt môi chất λ = 0,0746 [W/mK];
• Khối lượng riêng thể tích môi chất ρ = 1109,8 [kg/m 3 ];
• Độ nhớt động lực học của môi chất μ = 2,145.104 [Ns/m 2 ];
• Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất r = 143 [kJ/kg];
• Δt = tk – tw = 1,2 với tw = 48,8 ℃ là nhiệt độ vách tính theo phương pháp lặp
Thay vào công thức ta có:
So sánh q và q’ với sai số cho phép không quá 5%, ta có:
Diện tích trao đổi nhiệt:
299 21,64 = 29 [𝑚 2 ] Tính các thông số cụ thể dàn ngưng:
Chọn số hàng ống trong dàn ngưng là 26 hàng ống, mỗi hàng có 16 ống
4.4.5 Tính toán dàn bay hơi
Dàn bay hơi có tác dụng nhận nhiệt của không khí chuyển động bên ngoài dàn làm nhiệt độ không khí giảm xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách ẩm của không khí đã nhận từ vật liệu sấy trong buồng sấy đồng thời hóa hơi môi chất chuyển động bên trong dàn lạnh từ trạng thái lỏng đến trạng thái hơi bão hòa
Dàn bay hơi ở đây có tác dụng làm lạnh không khí nên ta chọn loại dàn bay hơi làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức Do làm lạnh không khí đến điểm sương nên dàn bay hơi có máng hứng nước ngưng ở dưới Để phù hợp với môi chất R134a, ta chọn ống đồng cánh nhôm hình vuông làm ống dẫn môi chất trong dàn Thông số của ống chọn như sau
- Đường kính cánh: Dc = 34 [mm]
Các thông số cho trước
- Công suất dàn bay hơi: Q0 = 353,1 [kW]
- Nhiệt độ không khí vào dàn: tvào = 26 [ o C]
- Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn: tra = 10 [ o C]
- Nhiệt độ bay hơi của môi chất: tbh = 0 [ o C]
- Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi: G = 0,14 [kg/s]
- Lưu lượng không khí qua dàn: Ltt = 0,843 [kg/s]
- Tốc độ không khí qua dàn: w0 = 2 [m/s] a Tính độ chênh nhiệt độ trung bình
Khi tính toán ta có thể coi nhiệt độ trong thiết bị bay hơi là không đổi và bằng tbh Độ chênh nhiệt độ trung bình được tính theo công thức:
= 16,74[℃] b Xác định hệ số truyền nhiệt k
Do ống có chiều dày mỏng ( d 2 / d 1 1, 4), nên quá trình truyền nhiệt trong vách trụ có thể coi là truyền nhiệt trong vách phẳng Lúc đó hệ số truyền nhiệt k có thể tính theo công thức:
- α1, α2: Hệ số trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài ống, [W/m 2 K]
- λ: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, W/mK Tra bảng thông số vật lý của kim loại ta có: cu 389[W/mK]
- δ: Chiều dày vách, ở đây chiều dày vách trụ được tính theo công thức: δ = 0,5 (d2 – d1) = 0,5 (0,018 – 0,015) = 0,0015 [m]
- Hệ số làm cánh được tính theo công thức:
2 d 1 l Với nc là số cánh trên 1 ống:
2.0,015.1 = 10,24 c Tính hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài α 2
Số cánh trên 1 ống: nc = 333 [cánh]
𝐹 0 1 + 𝐹 𝑐 1 Diện tích phần không cánh của ống:
𝐹 0 1 = 𝜋 𝑑 2 𝑛 𝑐 𝑠 𝑐 = 𝜋 0,018 333 0,003 = 0,056 [𝑚 2 ] Diện tích phần có cánh của ống:
Tốc độ tại khe hẹp:
Nhiệt độ trung bình của khí (TNS): 𝑡 𝑡𝑏 = 10+26
Tra thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ ttb ta có: ρ2 = 1,205 [kg/m 3 ], Cp = 1,005 [kJ/kgK], ν = 15,06.10 -6 [m 2 /s], λ = 2,59 10 -2 [W/mK] Tiêu chuẩn Re:
15,06 10 −6 = 7138,11 Khi đó hệ số Nu được tính theo công thức với ống xếp song song:
Hệ số tỏa nhiệt của cánh:
Hệ số tỏa nhiệt tương đương phía ống có cánh:
𝑚 2 𝐾] d Tính hệ số trao đổi nhiệt bên trong α 1
Với R22 ngưng trong ống nằm ngang, ta có thể tính α1 = 1,2αN [W/m 2 K]
𝛼 𝑁 = 0,728 (λ 3 ρ 2 g r μ Δt d 2 ) 0,25 Nhiệt độ trung bình của môi chất đi trong ống là 0 o C
Tra thông số vật lý của R22 tại 0 o C có:
Hệ số dẫn nhiệt môi chất λ = 0,0750 [W/mK]
Khối lượng riêng thể tích môi chất ρ = 1112 [kg/m 3 ]
Độ nhớt động lực học của môi chất μ = 2,17.10 4 [Ns/m 2 ]
Nhiệt ẩn hóa hơi của môi chất r = 143 [kJ/kg]
Δt = tw – tbh = 1 với tw = 1 o C là nhiệt độ vách tính theo phương pháp lặp
Thay vào công thức ta có:
So sánh q và q’ với sai số cho phép không quá 5%, ta có
Diện tích trao đổi nhiệt:
352 16,47= 77 [𝑚 2 ] Tính các thông số cụ thể dàn ngưng:
Chọn số hàng ống trong dàn ngưng là 20 hàng ống, mỗi hàng có 55 ống
Chiều sâu dàn W = 0,034 55 = 1,87 [m] e Trở lực trong dàn bay hơi
Trở lực trong dàn bay hơi được tính theo công thức:
2 𝑧 Trong đó: ξ là hệ số trở kháng được xác đinh theo công thức:
0,034 − 0,018) −0,1 = 0,61 ρ là khối lượng riêng của không khí qua dàn ρ = 1,205 [kg/m 3 ]
max vận tốc tại khe hẹp max = 7,08 [m/s] z là số hàng ống z = 20
4.4.6 Chọn đường ống dẫn môi chất a Đường ống đẩy
Lưu lượng thể tích môi chất qua ống đẩy:
𝑠 ] Tốc độ môi chất trong ống hút: 𝜔 ℎ = 12 [ 𝑚
Lưu lượng thể tích môi chất qua ống hút:
Tốc độ môi chất trong ống hút: Ta chọn 𝜔 ℎ = 12 [m/s] Đường kính trong của ống:
Lưu lượng thể tích môi chất qua ống dẫn lỏng:
Tốc độ môi chất trong ống dẫn lỏng: Ta chọn ωl = 2 [m/s] Đường kính trong của ống:
Bình tách lỏng được bố trí trên đường hút máy nén để bảo vệ máy nén không hút phải lỏng Trong các hệ thống lạnh hiện đại, bình tách lỏng được trang bị các thiết bị tự động ngắt mạch, ngừng máy nén khi mức lỏng trong bình lên đến mức nguy hiểm Người ta thường chọn bình tách lỏng theo ống nối vào đường hút của máy nén Mỗi một chế độ nhiệt cần ít nhất một bình tách lỏng Áp suất tối đa cho phép của bình tách lỏng là 1,5 Mpa, nhiệt độ từ -50 ℃đến 40 ℃
4.4.8 Các loại van và chức năng a Van chặn
Cô lập các bộ phận (dàn bay hơi, dàn ngưng tụ, máy nén, ) để phục vụ cho công tác sửa chữa, bảo dưỡng b Van tiết lưu
Tiết lưu dòng môi chất lỏng từ nhiệt độ cao, áp suất cao xuống nhiệt độ và áp suất bay hơi c Van điện tử
Lấy tín hiệu lưu lượng môi chất đầu ra của các dàn bay hơi để điều chỉnh lượng môi chất vào dàn phù hợp với giá trị cài đặt của hệ thống d Van an toàn khí nén
Giống như hầu hết các loại van an toàn khác Van an toàn khí nén là van an toàn dùng cho hệ thống khí nén, máy nén khí Nó giúp cho hệ thống khí nén không bao giờ vượt qua ngưỡng áp suất cài đặt: 1bar, 2bar, 5bar, 10bar v.v e Van điều áp khí nén
Van điều áp nói chung được gọi là van ổn áp hay van giảm áp có tên tiếng Anh là pressure valve Chúng có nhiệm vụ làm giảm áp suất đầu ra của dòng lưu chất đến khi đạt được một thông số nhất định, đảm bảo an toàn và phù hợp
Van điều áp khí nén (hay còn được gọi với cái tên khác là bộ giảm áp khí nén) là một dòng nhỏ của van điều áp Chúng được gọi với tên gọi này là vì được sử dụng trong các thiết bị khí nén Dòng lưu chất cần chỉnh áp trong trường hợp này chính là khí nén
Cụ thể, van giảm áp khí nén này có vai trò điều chỉnh áp suất đầu ra của khí nén để làm sao phù hợp nhất với mục đích người sử dụng, đảm bảo một nguồn khí nén chất lượng nhất dành cho các dụng cụ sử dụng hơi khí nén
4.4.9 Tính thiết bị hồi nhiệt
Thiết bị hồi nhiệt có tác dụng quá nhiệt hơi hút về máy nén để tránh lọt lỏng vào máy nén gây ra hiện tượng va đập thủy lực làm hư hỏng thiết bị và quá lạnh lỏng cao áp để giảm tổn thất lạnh do van tiết lưu a Cấu tạo
Cấu tạo của thiết bị hồi nhiệt trong HTS được trình bày trong hình 4.9
1- Lỏng cao áp vào 2- Hơi hạ áp ra 3- Hơi hạ áp vào 4- Lỏng cao áp ra 5- Ống xoắn 6- Ống trụ kín
Hình 4.9 Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt b Nguyên lý hoạt động
TÍNH THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG CẤP TÁC NHÂN SẤY
Theo sơ đồ bố trí của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn không khí từ quạt vào buồng sấy Đường ống cấp tác nhân sấy phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Trở lực đường ống bé;
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp;
- Có tính thẩm mỹ và dễ dàng vận hành
Vật liệu sử dụng: tôn tráng kẽm có bề dày 0,5 mm
Tiết diện: hình chữ nhật để dễ chế tạo và sử dụng hơn
Cách nhiệt: cách nhiệt đường ống bằng bông thủy tinh
Diện tích mặt cắt được xác định theo công thức:
F: Diện tích tiết diện đường ống dẫn, [m 2 ]
V: Lưu lượng không khí trong đường ống, [m 3 /s]
: Tốc độ không khí trong ống, [m/s]
Trong chương 3 ta đã tính toán được lưu lượng không khí tuần hoàn trong 1 giây là
Ltt = 7,2 kgkk/s Với nhiệt độ vào hầm sấy là 40 ℃, theo [5] – Thông số vật lý của không khí khô ta có ρ = 1,128 kg/m 3
𝑠 ] Chọn cỡ đường ống dẫn là: 900 x 1680 [mm]
Tốc độ không khí trong ống:
𝑠] Vậy tốc độ dòng khí chạy trong ống là 5 m/s
Chiều dài toàn bộ đường ống được xác định dựa vào sơ đồ bố trí thiết bị của hệ thống Ở đây em bố trí hệ thống ngay bên trên hầm sấy lấy khoảng cách là: l= 8,8 [m]
4.6 TÍNH TRỞ LỰC HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG VÀ TÍNH CHỌN QUẠT a Tính tổn thất áp suất trên đường ống gió
Trở lực ma sát được tính theo công thức:
- 𝜆: Hệ số tổn thất ma sát;
- 𝑑 𝑡𝑑 : Đường kính trong tương đương của ống;
- 𝜔 𝑘 : Tốc độ khí trong hầm
- 𝜌: Khối lượng riêng của khí trong hầm
Trở lực cục bộ được tính theo công thức:
𝑚 2 ] Trong đó: 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ
Kết quả tính tổn thất áp suất trên đường ống gió được thể hiện trong bảng 4.1
Bảng 4.1 Tổn thất áp suất trên đường ống gió
Ví trí gây trở lực
Chiều dài [m] Đường kính tương đương [m]
Hệ số tổn thất ma sát
Hệ số trở lực cục bộ
Tổng trở lực của hệ thống là 815 [N/m 2 ], chuyển về điều kiện tiêu chuẩn kỹ thuật:
𝑚 2 ] Như vậy ta chọn quạt theo điều kiện:
Sử dụng phần mềm Fantech ta chọn được quạt cho hệ thống như sau:
Quạt AP0802CA6/10 với các thông số được trình bày trong hình 4.4
Hình 4.4 Thống số kĩ thuật quạt AP0802CA6/10
Trong quá tìm hiểu và hoàn thiện đồ án này, em đã rút ra được một số kết luận chính như sau:
Về vật liệu sấy: Quả thanh long là một loại quả có hàm lượng dinh dưỡng cao, tốt cho sức khỏe Do vậy, ngoài việc sử dụng trực tiếp quả thanh long tươi, người ta còn sử dụng rất nhiều sản phẩm được chế biến từ thanh long sấy khô Vì vậy, công nghệ sấy thanh long là nhu cầu cần thiết và đang dần ngày càng phát triển Đối với công nghệ sấy thanh long: Sấy bơm nhiệt Để đáp ứng được yêu cầu thanh long sấy giữ được đầy đủ các tính chất đồng thời giữ được màu sắc tự nhiên cũng như thành phần dinh dưỡng, thì các công nghệ sấy nóng chưa đáp ứng được đầy đủ các mong muốn đó Vậy nên, đặt ra yêu cầu cần có công nghệ sấy phù hợp cho loại quả này Với thanh long, người ta chủ yếu sẽ sử dụng phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt hoặc sấy thăng hoa, trong đồ án này em đi sâu vào tìm hiểu sấy bơm nhiệt cho vật liệu là quả thanh long Đối với hệ thống sấy: Cấu tạo của một hệ thống sấy bao gồm hầm sấy thanh long với xe goong là thiết bị chuyển tải, cụ thể với yêu cầu đề bài em thiết kế 9 hầm sấy với 10 xe goong cho một hầm sấy; các ống dẫn tác nhân sấy; hệ thống bơm nhiệt (dàn bay hơi, dàn ngưng trong, dàn ngưng ngoài, máy nén, thiết bị tiết lưu); quạt; các cút, vít nối,
Sau khi hoàn thiện bản đồ án này, em có cái nhìn sâu hơn về việc thiết kế một hệ thống sấy cụ thể cho một loại quả cụ thể Nếu có cơ hội, em mong muốn sẽ tiếp tục được tìm hiểu thêm về các hệ thống sấy khác để hoàn thiện kiến thức cho bản thân hơn nữa
[1] https://nongnghiepqc.info/cay-thanh-long
[2] https://nongnghiep.vn/viet-nam-tiep-tuc-la-nha-san-xuat-thanh-long-hang-dau- d264006.html
[3] http://nongsanvietnam.com.vn/loi-ich-cua-thanh-long-ruot-do/
[4] T G Chuah, H L Ling, N L Chin, T S Y Choong, and A Fakhru’l-Razi, “Effects of temperatures on rheological behavior of dragon fruit (Hylocereus sp.) juice,” Int J Food Eng., vol 4, no 7, pp 4–7, Aug 2008, doi: 10.2202/1556-3758.1519
[5] Phú., T.V Tính toán và thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục Việt Nam
[6] Lợi., T.V Bơm nhiệt NXB Giáo dục Việt Nam
[7] Https://youmed.vn/tin-tuc/10-loi-ich-suc-khoe-bat-ngo-cua-thanh-long-khien-ban- muon-bo-sung-no-ngay-lap-tuc/