THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY HÀNH NĂNG SUẤT 20KGH

Mục Lục1Lời mở đầu3Chương 1:Tổng quan41.1.Giới thiệu vế sản phẩm sấy41.2.Giới thiệu về phương pháp sấy51.2.1.Định nghĩa51.2.2.Mục đích51.2.3.Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy51.2.4.Các phương pháp sấy51.2.5.Chọn tác nhân sấy61.2.6.Chọn phương thức sấy61.2.7.Chọn thiết bị sấy61.2.8.Chọn chế độ sấy61.3.Giới thiệu về hệ thống sấy hầm7Chương 2:Tính toán công nghệ92.1.Tính cân bằng vật chất92.2.Tính toán quá trình sấy lý thuyết92.2.1.Tính các thông số của tác nhân sấy92.3.Tính kích thước cơ bản của hệ thông hầm sấy132.3.1.Khay142.3.2.Xe goong142.3.3.Hầm sấy152.4.Tính toán nhiệt của quá trình sấy162.4.1.Tính toán tổn thất nhiệt162.4.2. Tính quá trình sấy thực21Chương 3: Tính các thiết bị phụ243.1. Tính chọn calorifer243.2. Tính toán khí động và chọn quạt gió25Kết luận28TÀI LIỆU THAM KHẢO29

Mục Lục

Mục Lục 1

Lời mở đầu 3

Chương 1:Tổng quan 4

1.1.Giới thiệu vế sản phẩm sấy 4

1.2.Giới thiệu về phương pháp sấy 5

1.2.1.Định nghĩa 5

1.2.2.Mục đích 5

1.2.3.Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy 5

1.2.4.Các phương pháp sấy 5

1.2.5.Chọn tác nhân sấy 6

1.2.6.Chọn phương thức sấy 6

1.2.7.Chọn thiết bị sấy 6

1.2.8.Chọn chế độ sấy 6

1.3.Giới thiệu về hệ thống sấy hầm 7

Chương 2:Tính toán công nghệ 9

2.1.Tính cân bằng vật chất 9

2.2.Tính toán quá trình sấy lý thuyết 9

2.2.1.Tính các thông số của tác nhân sấy 9

2.3.Tính kích thước cơ bản của hệ thông hầm sấy 13

2.3.1.Khay 14

2.3.2.Xe goong 14

2.3.3.Hầm sấy 15

2.4.Tính toán nhiệt của quá trình sấy 16

2.4.1.Tính toán tổn thất nhiệt 16

2.4.2 Tính quá trình sấy thực 21

Chương 3: Tính các thiết bị phụ 24

3.1 Tính chọn calorifer 24

3.2 Tính toán khí động và chọn quạt gió 25

Kết luận 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

Lời mở đầu

Từ năm 1960,kỹ thuật sấy đã được nghiên cứu ở nhiều trường đại học trên khắpthế giới để phục vụ cho quá trình sản xuất.Cho đến nay,kỹ thuất sấy ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp,đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm

Nước ta là một nước có nền nông nghiệp lâu đời.Hiện nay,nông nghiệp vẫn

chiếm tỉ trọng cao trong cơ cấu ngành kinh tế nước ta.Sản phẩm nông nghiệp của nước ta rất phong phú,đa dạng với sản lượng rất lớn.Nhưng hiệu quả kinh tế

mà nông nghiệp đem lại là chưa xứng với tiềm năng của nó.Một trong những nguyên nhân là do quá trình chế biến sau thu hoach,bảo quản chưa được khoa học.Điều đó làm giảm giá trị của sản phẩm trên thị trường tiêu thụ

Để giải quyết vấn đề này ,việc nghiên cứu phát triển công nghệ sấy nông sản

thực phẩm có thể coi là nhiệm vụ chiến lược trong sự nghiệp phát triển kinh tế đất nước.Công nghệ sấy phát triển cho ta tạo ra những sản phẩm có giá trị,chất lượng cao,có thể bảo quản lâu dài và giảm được chi phí vận chuyển

Nhằm trang bị cho kỹ sư ngành Công nghệ thực phẩm trước khi ra trường nhữngkiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật sấy, các thầy cô đã giao nhiệm vụ cho tôi làm

đồ án môn học Quá trình và thiết bị về kỹ thuật sấy Để có một cái nhìn trực

quan và thực tế hơn, trong quá trình làm đồ án, em đã được giao đề tài cụ thể là

“ Thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy hành lá với năng suất 20kg/h” Bản đồ

án gồm các phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Tính toán công nghệ

Chương 3:Tính toán thiết bị phụ

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này Tuy

nhiên, do hạn chế về mặt kiến thức lý thuyết và thực tế nên bản đồ án này sẽ

không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy cô cũng như các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1:Tổng quan

1.1.Giới thiệu vế sản phẩm sấy

Cũng như các loại thực vật khác ,hành lá có cấu trúc và thành phần hóa học rất

đa dạng,nhưng chứa chủ yếu là nước(> 80%).Ngoài ra, trong hành còn chứa

protein,gluxit,cenlulose , tro , photpho,canxi,sắt, magie

Hành lá và hành lá sấy khô là loại rau củ ngon từ các gia đình nhà tỏi tây

(Allium), và có mặt tại hầu hết các quốc gia trên thế giới Cả hành lá và hành lá sấy đều có những lợi ích sức khỏe đáng ngạc nhiên vì bản thân chúng chứa chất chống oxy hóa, vitamin, khoáng chất và chất xơ Nếu có một nhược điểm, hành

lá có mùi tương tự như hành tây và hành khô và tỏi

Chất chống oxy hóa

Hành lá và hẹ tây có chứa chất chống oxy hoá mạnh nhằm bảo vệ các tế bào

trong cơ thể tránh các bệnh ung thư Hành lá sấy đặc biệt giàu chất chống oxy hóa, chẳng hạn như quercetin và kaempferol Hành lá và hẹ tây là những thứ gia

vị được cho thêm vào các món ăn phổ biến như thịt chế biến các món, nước sốt,

xà lách, trứng và súp hoặc ăn sống

Vitamin, khoáng chất

Hành lá và hành sấy khô chứa rất nhiều các vitamin và khoáng chất Hành lá có chứa vitamin A, B, và C Chúng cũng cung cấp một lượng lớn vitamin K, giúp xương khỏe mạnh và chiến đấu chống lại bệnh loãng xương Hành sấy khô là một nguồn tuyệt vời của vitamin A và C Sắt, canxi, và kali là những khoáng chất được tìm thấy trong hành lá và hẹ tây

Chất xơ

Hành lá cũng là cây có lá màu xanh lá cây, và chúng chứa một lượng chất xơ lành mạnh, hỗ trợ tốt cho hệ thống tiêu hóa Hành sấy khô cũng có tác dụng tốt cho hệ thống tiêu hóa tương tự như hành lá Nếu bạn thường xuyên tăng cường các loại rau này kết hợp với các thực phẩm lành mạnh ít chất béo khác thì nguy

cơ bị ung thư ruột kết cũng giảm Các chất xơ trong hành lá và hẹ tây cũng làm giảm nguy cơ táo bón, trĩ, viêm ruột thừa

Các lợi ích khác

Ngoài nhiều chất xơ, hành lá còn chứa rất ít calo Nghiên cứu cho thấy hành lá giúp giảm cholesterol, chống vi khuẩn, virus và nấm trong cơ thể Tương tự như vậy, Hành sấy khô cũng có ít cholesterol Tiêu thụ hai loại thực phẩm này còn làm giảm nguy cơ đột quỵ tim, nguy cơ bị bệnh tiểu đường Hành khô cũng rất giàu phenoplasts giữ cho gan khỏe mạnh

Hành thuộc họ cây thân mềm.Thân,lá, củ đều có thể sử dụng để chế biến các

món ăn hàng ngày.Tuy nhiên,hánh sấy chủ yếu để phục vụ cho công nghiệp chế biến thực phẩm.Hấu hết các mặt hàng đồ ăn đều chứa hành sấy khô dể tăng thêmhương vị của đồ ăn.Vì vậy nhu cầu hành sấy khô cho ngành công nghiệp thực phẩm hiện nay là rất lớn.Do đó,việc nghiên cứu phát triển các loại công nghệ sản xuất chế biến hành khô chất lượng cao là rất cần thiết.Một trong những côngnghệ quan trọng chính là sấy

1.2.Giới thiệu về phương pháp sấy

1.2.1.Định nghĩa

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt bằng phương pháp bay hơi

1.2.2.Mục đích

Chế biến:Sấy để sản xuất các mặt hàng ăn liền

Vận chuyển:Dễ dàng hơn và giảm chi phí

Bảo quản: lâu dài hơn do lượng ẩm đạt được sau sấy đảm bảo điều kiện bảo

quản của vật liệu

1.2.3.Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy

Quá trình trao đổi nhiệt:Vật liếu sấy nhận nhiệt để tăng nhiệt độ và làm bay hơi

ẩm ra ngoài

Quá trình trao đổi ẩm:Quá trình này diễn ra do sự chênh lệch giữa độ ẩm tương đối của vật ẩm và độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh.Động lực của quá trình là độ chênh lệch áp suất hơi trên bề mạt vật liệu và áp suất

riêng phần của hơi nước trong không khí.Quá trình thoát ẩm diễn ra dến khi vật liệu đạt tới độ ẩm cân bằng

1.2.4.Các phương pháp sấy

Sấy tự nhiên:Sử dụng năng lượng tự nhiên như:năng lượng mặt trời,năng lượng gió,… sản phẩm sấy không đồng đều , thời gian sấy lâu…

Sấy nhân tạo:là phương pháp sấy cần phải cung cấp nhiệt.quá trình sấy

nhanh,sản phẩm đồng đều,dễ điều chỉnh nhiệt độ

Phân loại theo phương pháp sấy nhân tạo :

Sấy đối lưu:Là phương pháp phổ biến rộng rãi nhất hiện nay để sấy rau,phương pháp truyền nhiệt là truyền nhiệt đối lưu

Sấy bức xạ:Là phương pháp sấy truyền nhiệt bằng bức xạ nhiệt.

Sấy tiếp xúc:Vật ẩm tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt

Ngoài ra ,còn có các phương pháp sấy khác như:sấy phun,sấy tầng sôi,sấy bằng dòng điện cao tần,…

Trong các phương pháp trên,ta chon phương pháp sấy đối lưu

Phân loại thiết bị sấy

Người ta phân loại các hệ thống sấy đối lưu như sau:

Mỗi loại thiết bị trên có những ưu điểm khác nhau,thường dùng cho các loại

nguyên liệu sấy khác nhau.Với nguyên liệu là hành ,độ ẩm cuối yêu cầu không quá thấp,ta chon hệ thống hầm sấy với thiết bị chuyền tải xe gòong là hợp lý

nhất

1.2.8.Chọn chế độ sấy

Hành lá có các thành phần rất nhạy cảm với nhiệt độ nên yêu cầu nhiệt độ sấy không được cao.Trong môi trường ẩm nếu nhiệt độ lớn hơn 60oC,protein bị biến tính;lớn hơn 90oC,fructoza bị caramen hóa,các phản ứng tạo melanoidin,polyme

được quá thấp để giảm thiểu biến đổi cơ học như hiện tượng nứt sản phẩm và làm khô bề mặt sản phẩm.

1.3.Giới thiệu về hệ thống sấy hầm

Chương 2:Tính toán công nghệ

Nguyên liệu sấy:Hành lá

Năng suất G2=20kg/h

Độ ẩm đầu :W1=90%

Độ ẩm cuối:W2=14%

Khối lượng riêng: ρ=944( kg/m3)

Tác nhân sấy : không khí nóng

Nhiệt độ đầu: t1=80oC

Nhiệt độ cuối :t2=33oC

Năng lượng dùng cấp nhiệt:Hơi nước bão hòa

Thời gian sấy 5h

2.1.Tính cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng vật liệu chung:

G1=G2 + W (kg/h) - Theo công thức 7.21- T288-QTTB tập 3

Trong đó: G1: khối lượng vật liệu trước khi sấy,kg/h

G2: khối lượng vật liệu sấy sau khi sấy, G2=20 kg/h

W: lượng ẩm bay hơi, kg/h

W

W W G W





100

2

h kgam

90 100

14 90







2.2.Tính toán quá trình sấy lý thuyết

2.2.1.Tính các thông số của tác nhân sấy

2.2.1.1.Trạng thái không khí ngoài trời

Thông số không khí ngoài trời tại Hà Nội: t0 = 200C và 0 = 85%

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào hầm sấy: t1 = 800C, nhiệt độ tác nhân sấy ra

khỏi hầm sấy chọn sơ bộ t2=33 0C với độ ẩm tương đối φ2=(90 ± 5%)

Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi hầm sấy phải đảm bảo làm sao vừa tiết kiệm được nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi, lại vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương

Thời gian sấy: τ = 5 giờ

Nguồn năng lượng để cung cấp nhiệt cho tác nhân sấy là không khí nóng

Ta có sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy như hình vẽ:

Trong đó: 1 Quạt, 2: Calorifer, 3: Hầm sấy

Đồ thị I – d khảo sát quá trình sấy lý thuyết được thể hiện như hình vẽ:

Từ cặp thông số ( t0 = 200C,  = 85%) ta dùng công thức giải tích hoặc là dùng phương pháp đồ thị I – d ta tìm được các thông số ứng với các điểm tương ứng trên đồ thị

+ Áp suất hơi của hơi nước tại nhiệt độ môi trường t0=200C là:

P b 0=exp[ 12−4026 42

235.5+t0 ]=exp[12−4026.42235.5+20 ]=0.0233(bar ) + Hàm ẩm của không khí ngoài trời trước khi vào calorifer:

+ Entanpi của không khí ẩm ở nhiệt độ môi trường t0=200C:

I0 = 1,004.t0 + d0(2500 + 1,842.t0) theo công thức 2.25 Trang 29

I0 = 1,004.20 +0,0126(2500 +1,842.20) =52,044 (kJ/kgkk)

+ Nhiệt dung riêng dẫn xuất :

Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0 theo công thức

0 0

0 0

621 , 0

bh

bh P P

P d

0 0233 , 0 85 , 0 750

+ Phân áp suất bão hoà hơi nước ở nhiệt độ t1= 800C là:

theo công thức 2.31 Trang 31

+ Độ ẩm tương đối:

theo công thức 3.39 Trang 68

2.2.1.3.Thông số của tác nhân sấy ra khỏi hầm sau quá trình sấy lý thuyết

42 , 4026 12

exp

t

P bh

) ( 47 , 0 80 5 , 235

42 , 4026 12

1 1

1

d B





(%) 2 , 4 ) 0126 , 0 621

) ).(

(

t C r

t t d C d

+ Phân áp suất bão hòa hơi nước Pb2 ở nhiệt độ t2 = 330C là :

=0,05(bar)+ Độ ẩm tương đối 20 là:

Với độ ẩm tương đối φ20=94,46% thoả mãn điều kiện để tiết kiệm nhiệt lượng dotác nhân sấy mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương mà

chúng ta đã đặt ra trên đây φ2=(90±5)%

+ Lượng không khí cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm là:

(kgkk/kgẩm)+ Lượng không khí cẩn thiết để bốc hơi W = 152 kg ẩm/h là:

L0 = W.l0 = 152.54,35 = 8261,2 (kgkk/h )

2.2.1.4.Xác định lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy:

Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy có t1=800C và φ1=4,2% Theo phụ lục 5,

thông số này thể tích của không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô v1=1,041

m3/kgkk Tương tự, tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết có t2=330C,

5 , 235

42 , 4026 12

42 , 4026 12

.

20 20

20

d B





(%) 46 , 94 ) 031 , 0 621 ,

V2=L0.v2=8261,2.0,931=7691,2 (m3/h)

Lưu lượng thể tích trung bình V0:

V0=0,5.(V1+V2)=0,5.(8600+7691,2)=8145,6 (m3/h) =2,26 m3/s

2.3.Tính kích thước cơ bản của hệ thông hầm sấy

Chọn kiểu thiết bị sấy như hình vẽ

Trong thiết bị này, quá trình sấy xảy ra ở trong hầm Kích thước cơ bản gồm

chiều rộng Bh, chiều cao Hh và chiều dài Lh

2.3.1.Khay

Chọn khay mang vật liệu bằng nhôm: Ck=0,86 kJ/kg.0C

Kích thước khay: 500x700x50 mm; khay dày 1 mm

Mỗi khay chứa 3 kg hành lá

Vậy số khay cần là: khay

Khay được dập lỗ vuông, diện tích lỗ chiếm khoảng 40% diện tích khay Vậy khối lượng của mỗi khay là khoảng 3,5kg (nhôm: ρ=2700 kg/m3)

5

172 

5

4

15287 

Gồm 4 bánh xe

Đường kính bánh mỗi xe: 150 mm, 1/3 bánh

Mỗi tầng khay cách nhau 70mm, tầng dưới cùng cách đáy 40 mm, tầng trên

Xác định khối lượng xe goong

100 thanh thép chữ L hàn vào các cột xe để đỡ giá Mỗi thanh khoảng 0,9kg

Tổng khối lượng thanh: 0,9.100=90 kg

9 thanh thép ống CT3, kích thước 30x30x2mm dài 1260mm

0 ( 0 , 028 ) 2

Vậy tổng khối lượng xe: Gx=90+10,3+2,7+12+10+4=129 kg

Kích thước bên ngoài

Trần hầm bằng bê tông cốt thép dày 70mm, lớp cách nhiệt dày 200 mm,lớp vữatrát dày 52 mm

Đường kính tương đương:

Trong đó: - nhiệt độ vật liệu khô cuối tv2= t1 -100C=80 – 10 =70oC

- nhiệt độ vật liệu ẩm đầu tv1 = t0 =20oC

Nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi thiết bị:

C vl= 1,387+0,028.W2 = 1,387+0,028.14=1,779 kJ/kg.K

⇒ q vl =20.1,779.(70−20 )

152 =11,7 kJ/kg

2.4.1.2 Tổn thất do thiết bị chuyền tải mang ra khỏi hầm

Tổn thất do xe goòng mang đi

Xe goòng làm bằng thép CT3 có khối lượng một xe Gx = 20 kg Theo phụ lục 4, nhiệt dung riêng của thép là: Cx = 0,5 kJ/kgK Vì là thép nên nhiệt độ xe goòng lúc ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy: tx2 = t1 = 800C do đó:

Q x=n G x C x .(t τ x 2 −t x1)=5 129 0,5.( 80−20 )5 =3870

(kJ/h) Tổn thất do khay sấy mang đi

Khay đựng vật liệu sấy được làm bằng nhôm, mỗi khay có trọng lượng là



) (

. x x x2 x1

x n G C t t

tk2 = t1 = 800C Theo phụ lục 4, nhiệt dung riêng của nhôm là, Ck = 0,86 kJ/kgK

Do đó tổn thất do khay sấy mang đi sẽ là:

(kJ/h) Như vậy tổn thất do thiết bị chuyền tải là:

QCT = Qx + Qk = 3870 + 10366,44 =14236,4 (kJ/h)

q CT=Q ƯW CT =14236 ,4152 =93,66

(kJ/kgẩm)2.4.1.3.Tổn thất ra môi trường

Phân bố nhiệt độ qua tường hầm sấy

a.Tổn thất qua tường bao

Qt = k.Ft.ttb

k: hệ số truyền nhiệt:



1 ).

) 20 80 (

86 , 0

1: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức của tác nhân sấy với bề mặt tường, W/mKTốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

w0=V0

F td =2,260,7 =3,23 (m/s)

Chọn v = 3,39 m/s

Theo bảng 3 tài liệu [2] ta có hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức khi khí

chuyển động dọc theo bề mặt vách, đối với bề mặt nhám, v < 5 m/s

t = qt/2 = 61,03/4 = 15,250C ¿ 15o C

Như vậy giả thiết ở trên là hợp lý

Diện tích tượng gây tổn thất là:

Fxq = 2.Lh HN.. = 2.10,1.1,632 =32,97m2)

Tổn thất nhiệt qua tường bao:

Qt = 3,6.k.Fxq.ttb=3,6.1,672.32,97.36,5=7243,54(kJ/h)

b Nhiệt lượng tổn thất qua trần:

Trần bằng bê tông cốt thép dày δ1=70 mm; λ1=1,55 W/m.K

Lớp cách nhiệt dày δ2=200 mm, λ2=0,122 W/m.KLớp vữa trát dày δ3=52 mm, λ3=0,8W/m.K

Đã tính được: nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: ttb=56,5 0C

Tổn thất nhiệt qua trần:

Qtr = 3,6Ftr.ktr.ttb = 3,6.16,87.0,502.36,5=1231,53 (kJ/h)

c.Tổn thất nhiệt qua nền

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là: ttb = 56,50C

Và khoảng cách từ hầm đến phân xưởng là 2m

Tra bảng 7.1 tài liệu [3] ta có tổn thất nhiệt riêng qua 1 m2 nền là:

qn = 35,41 W/m2

Diện tích nền hầm sấy: Fn = Ftr = 16,87m2

Nhiệt tổn thất qua nền là: Qn = 3,6.Fn.qn = 3,6.16,87.35,41 = 2150,52 kJ/h

d.Tổn thất nhiệt qua cửa

hai đầu hầm có cửa làm bằng thếp dày δ4=5mm , có hệ số dẫn nhiệt

q mt=Q mt

ƯW =12761,93152 =83 ,96 kJ/kga

2.4.1.4.Tổn thất nhiệt trong quá trình sấy thực

Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy.

Thể tích tác nhân sấy sau khi ra khỏi hầm sấy: với thông số t2=33 0C và

φ2=94,46 %, tra phụ lục 5 ta có được thể tích vC=0,94105 m3/kg kk Do đó, lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy vC bằng:

VC=L0.vC=8261,2.0,94105=7774,2 m3/h

Thể tích tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy: khi tính toán quá trình sấy lý

thuyết trên đây chúng ta đã có vB=1,041 m3/kg Do đó:

VB=L0.vB=8261,2.1,041=8600 m3/h

Lưu lượng thể tích trung bình tác nhân sấy đi trong hầm sấy V bằng:

V=0,5.(VB+VC)=0,5.( 8600+7774,2)=8187,1 m3/h

Hay V =2,274 m3/s

Kiểm tra tốc độ tác nhân sấy đã giả thiết

Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực w bằng:

w= V0

F tđ =2,2740,7 =3,25m/s

Tốc độ tác nhân sấy chúng ta giả thiết khi tính tổn thất nhiệt là:3,39m/s So với tốc độ thực sai số tương đối chỉ bằng 4% Như vậy mọi tính toán có thể xem là đúng

Hiệu suất sấy:ε=

q1

q =2477,186 3349,7 =74 %