nghiên cứu công nghệ sấy cà phê, và tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp dùng để sấy 500 kg cà phêmẽ

Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy MỤC LỤC GVHD: Hà Văn Tuấn A LỜI NÓI ĐẦU B NỘI DUNG .5 CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ I.1 Đặc tính chung cà phê .5 I.1.1Cấu tạo giải phẩu cà phê .6 I.1.2 Cấu tạo nhân cà phê I.1.3 Thành phần hóa học nhân .6 I.1.4 Tính chất vật lý cà phê nhân I.2 Quy trình sản xuất I.2.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất cà phê I.2.2 Dây chuyền sản xuất cà phê nhân ( phương pháp khô) CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG II.1 Chọn phương án sấy .10 II.2 Chọn tác nhân sấy 10 II.3 Chọn chế độ sấy 11 II.4 Cách xếp vật liệu 12 II.5 Chọn thời gian sấy 12 II.6 Nhiên liệu sử dụng 12 CHƯƠNG III: CÁC BƯỚC TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY THÁP .13 III.1 Chọn sơ kết cấu kích thứơc tháp sấy 13 III.1.1 sơ kết cấu .13 III.1.2 kích thứơc tháp sấy 13 III.2 chọn chế độ sấy 15 III.2.1 phân bố giáng ẩm .15 Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn III.2.2 nhiệt độ tác nhân sấy vào vùng t1i .16 III.2.3 thời gian sấy vùng .17 III.2.4 nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt 17 III.2.5 nhiệt độ tác nhân sấy khỏi vùng .18 III.2.6 nhiệt độ vào khỏi vùng vật liệu sấy 18 III.3 tính tốn q trình cháy q trình hịa trộn 18 III.3.1 nhiệt trị cao nhiên liệu .18 III.3.2 lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu Lo III.3.3 thơng số khói sau buồng đốt( trứơc buồng hòa trộn) .19 III.3.4 hệ số khơng khí thừa sau q trình hịa trộn 20 III.3.5 thơng số khói lò sau buồng hòa trộn hay trước vào vùng sấy III.3.6 độ ẩm tương đối ϕ 1i 22 III.4 tính cân ẩm cho vùng 23 III.5 trình sấy lý thuyết 25 III.6 tính tổn thất nhiệt 28 III.6.1 tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang 29 III.6.2 tổn thất thiết bị vận chuyển 30 III.6.3 tổn thất qua kết cấu bao che (tổn thất môi trừơng) 31 III.7 xây dựng trình sấy thực 35 III.8 bảng cân nhiệt 37 III.9 tính nhiên liệu tiêu hao 38 III.10 tính toán vùng làm mát 39 III.11 chọn dạng bố trí kênh dẫn kênh thải 41 III.12 chọn quạt 41 C TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn A LỜI NÓI ĐẦU Từ đầu kỷ 19 đến nay, khoa học kỹ thuật phát triển vô mạnh mẽ Nó giải phóng sức lao động cho ngừơi, tăng suất lên hàng chục lần Các cách mạng khoa học kỹ thuật đóng góp cho loài người nhiều phát minh mới, phát triển loại máy móc phục vụ cho sống tiện nghi loài người Ngày nước ta, suất lao động nâng lên cao, nhờ giúp sức nhiều loại máy móc đại Sản lượng lương thực, thực phẩm hàng năm đủ dùng, mà xuất nhiều nước giới loại lương thực, thực phẩm dễ bị hư hỏng điều kiện khí hậu bình thường Do đó, muốn bảo quản lương thực, thực phẩm lâu dài để dể dàng vận chuyển xa, khơng cịn cách khác phải sấy khơ ướp lạnh Sau đó, bảo quản mơi trừơng thích hợp Ngồi kỹ thuật lạnh, kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến năm 60, viện trường đại học giới, chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều nghành công nghiệp, đặc biệt nghành công nghiệp chế biến nông- hải sản Trong nông nghiệp, sấy cơng đoạn quan trọng sau thu hoạch Q trình sấy không tách nước nước khỏi vật liệu cách dơn mà q trình cơng nghệ Nó địi hỏi sau sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng, chi phí vận hành thấp chẳng hạn, chế biến nông hải sản, Sản phẩm sấy phải đảm bảo trì màu sắc, hương vị, vi lượng v.v… Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Trong năm 70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô… Đối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt chất lượng cao Đặc biệt sấy cà phê nhân Đó thành phẩm để chế biến cà phê bột, cà phê sữa, loại bánh cao cấp.v.v… Do đặc thù cà phê nhân sấy phải giữ mùi thơm, màu sắc đặc trưng nên ta dùng thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v v Trong tập lớn này, đề tài chúng tơi có nhiệm vụ: nghiên cứu cơng nghệ sấy cà phê, tính tốn thiết kế hệ thống sấy tháp dùng để sấy 500 kg cà phê/ mẽ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ, thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên nghành Do kiến thức tài liệu tham khảo cịn hạn chế, nên chúng tơi khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thiết kế Chúng tơi, mong nhận đóng góp ý kiến bạn Và chân thành cảm ơn giúp đỡ, bảo Thầy Giáo Hà Văn Tuấn để hồn thành tốt tập lớn Huế, tháng 12 năm 2010 (Nhóm thiết kế) Phan Đăng Hoan Bùi Thị Thu Hiền Lê Gia Hiếu Sinh viên thực hiện: NHĨM trang Bài tập lớn: mơn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Trần Xuân Hiếu B NỘI DUNG CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ I.1 Đặc tính chung cà phê I.1.1Cấu tạo giải phẩu cà phê Quả cà phê đưa vào chế biến gồm có các phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân + lớp vỏ quả: lớp vỏ ngồi, mềm, ngồi bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm cà phê vối cà phê mít + lớp vỏ mỏng lớp vỏ thịt, gọi trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát Vỏ cà phê mít cứng dày + hạt cà phê sau loại chất nhờn phơi khơ gọi cà phê thóc, bao bọc nhân lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi vỏ “trấu” tức nội bì Vỏ trấu cà phê chè mỏng dễ dập phê vối cà phê mít + sát cà phê thóc lớp vỏ mỏng, mềm gọi vỏ lụa, chúng có màu sắc đặc tính khác tùy theo loại cà phê: vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc mỏng dễ bong khỏi hạt trình chế biến Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt Vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn + nhân cà phê Lớp tế bào phần ngồi nhân cứng có tế bào nhỏ, có chứa chất dầu phía có tế bào lớn mềm Một cà phê thường có một, hai , ba nhân Thơng thường có hai nhân Bảng 1: Tỉ lệ giữa các thành phần cấu tạo của quả cà phê: (tính theo % quả tươi) Thành phần Vỏ Lớp nhớt Vỏ trấu Nhân vỏ lụa Cà phê chè (%) 43- 45 20- 23 6- 7,5 26- 30 Cà phê vối (%) 41- 42 21- 42 6- 26- 29 I.1.2 Cấu tạo nhân cà phê Bao gồm:+ phôi + mơ dinh dưỡng I.1.3 Thành phần hóa học nhân Thành phần hóa học Nước Chất dầu Đạm Prơtêin Caphêin Clorogenic axit Trigonelline Tanin Caphê tanic axit Caphê ic Pentozan Tinh bột Saccaro Xenlulô Hemi xenlulo Linhin Sinh viên thực hiện: NHĨM Tính g/100g 8- 12 4- 18 1,8- 2,5 9- 16 1(arabica), 2(robusta) 2 8- 5- 23 5- 10 10- 20 20 Tính mg/100g trang Bài tập lớn: mơn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Canxi Photphat Sắt Natri Mangan 85- 100 130- 165 3- 10 1- 45 I.1.4 Tính chất vật lý cà phê nhân  Cà phê nhân bóc từ cà phê thóc  Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm  Khối lượng riêng ρ = 650 kg/m3  Nhiệt dung riêng C = 0,37 (kcal/kg.k) = 1,5466 kJ/kg.k  Độ ẩm ban đầu khoảng 20 % đến 40 %  Độ ẩm cuối để bảo quản phải nhỏ 13% I.2 Quy trình sản xuất I.2.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất cà phê Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ lớp bao vỏ bọc quanh hạt nhân cà phê để thu cà phê nhân Để cà phê nhân sống có giá trị thương phẩm cao, phải sấy khô đến mức độ định( độ ẩm mà nhà chế biến u cầu) sau q trình chế biến tinh khiết như: chế biến cà phê rang, cà phê bột thơ, cà phê hịa tan… sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, loại bánh kẹo cà phê Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có hai phương pháp chính: - phương pháp sản xuất ướt - phương pháp sản xuất khô +phương pháp sản xuất ướt: gồm hai giai đoạn - giai đoạn xát tươi phơi sấy loại bỏ lớp vỏ, thịt chất nhờn bên phơi sấy khô đến mức độ định Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn - giai đoạn xay xát loại bỏ lớp vỏ trấu phần vỏ lụa tạo thành cà phê nhân + phương pháp sản xuất khơ: - có giai đoạn là: sau phơi cà phê đến mức độ định dùng máy xát khô loại bỏ lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc so sánh hai phương pháp ta thấy: - phương pháp chế biến khô đơn giản tốn lượng, nhân cơng phương pháp có nhiều hạn chế phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nó phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng yêu cầu mặt chất lượng - phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị lượng đồng thời địi hỏi dây chuyền cơng nghệ thao tác kỹ thuật cao Nhưng phương pháp thích hợp với hồn cảnh, điều kiện khí hậu thời tiết đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất, tăng suất nhà máy nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân Hiện nước ta nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê nhân chủ yếu sử dụng phương pháp khô ( phương pháp cổ điển) I.2.2 Dây chuyền sản xuất cà phê nhân ( phương pháp khô) Quả cà phê Thu nhận bảo quản cà phê Sinh viên thực hiện: NHÓM trang Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Sàng phân loại làm Xát tươi Rửa Làm Xát khô loại bỏ lớp vỏ bao bọc nhân Thu cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Sinh viên thực hiện: NHĨM trang Bài tập lớn: mơn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG II.1 Chọn phương án sấy Hệ thống sấy đối lưu gồm dạng: HTS buồng, HTS hầm, HTS tháp, HTS thùng quay, HTS khí động, HTS tầng sơi, HTS phun Trong ta thấy: Để sấy cà phê nhân, dạng hạt nên ta dùng hệ thống sấy tháp theo yêu cầu nội dung đề tài - HTS tháp: Có thể sấy liên tục với suất cao Rất phù hợp cho sấy hạt, VLS chảy liên tục từ xuống dưới tác dụng trọng lực thân ⇒ Trong trình sấy VLS xáo chộn TNS ⇒ Sản phẩm sấy đồng Hơn việc phân vùng TNS nóng – lạnh dễ dàng ⇒ áp dụng hiệu ứng A.V.Luikov Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 10 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Tính tốn tương tự ta có bảng kết thông số TNS, vào vùng sấy vòng sấy cuối: I (kJ/kg) Vòng sấy cối d (kg ẩm/kg pb (bar) ϕ (%) Vào vùng sấy 148,718 kk) 0,027412 0,38 11 Vào vùng sấy 154,431 0,07581 0,46 9,1 Ra vùng sấy 148,718 0,0363 0,148 37 Ra vùng sấy 154,431 0,0373 0,171 33 Tác nhân sấy Đồ thị I- D trình sấy tháp Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần để bốc kg ẩm vùng tương ứng bằng: Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 28 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn l01 = d 1 = 0, 0363 − 0, 027412 = 112,511 (kg/kg ẩm) 210 − d11 l03 = d 1 = 0, 0373 − 0, 027581 = 102,891 (kg/kg ẩm) 230 − d13 Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần thiết để bốc lượng ẩm vùng: L01= l01.W1= 112,511 15,24 = 1714,66 (kg/h) L03 = l03.W3 = 102,891 9,30 = 956,88 (kg/h) III.6 Tính tổn thất nhiệt: Trong q trình sấy thực tế HTS bị tổn thất nhiệt cho nhiều tác nhân như: Tổn thất nhiệt cho thiết bị chuyên trở (TBCT); cho VLS mang tổn thất qua kết câu bao che Chính tổn thất mà trình sấy thực tế khơng phải đẳng entanpy I = const Mục đích phần tìm tổn thất, từ tìm lượng TNS thực tế cần cung cấp cho HTS đảm bảo yêu cầu III.6.1 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang đi: Để tính lượng nhiệt trước hết tính nhiệt dung riêng C vi cà phê khỏi vùng sấy Theo (1.48)[1] ta xác định được: Cvi = Ck + (Ca – Ck) ϖ 2i Trong đó: Ck : Nhiệt dung riêng vật liệu khơ Theo phụ lục 1[1] C vi thóc là: Ck = 1,5466 (kJ/ kg.K) Ca : Nhiệt dung riêng ẩm (nước) Ca = 4,1868 (kJ/kg.K) ϖ 2i : Độ ẩm đầu VLS vùng sấy nóng Thay giá trị vào ta nhiệt dung riêng VLS khỏi vùng là: Cv1 = 1,5466 + (4,1868 – 1,5466).0,28 = 2,2858 (kJ/kg.K) Cv3 = 1,5466 + (4,1868 – 1,5466).0,22 = 2,1274 (kJ/kg.K) Khi lượng nhiệt tổn thất VLS mang khỏi vùng sấy Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 29 Bài tập lớn: mơn học Kỹ thuật Sấy Vịng sấy đầu: GVHD: Hà Văn Tuấn Qv1= G21.Cv1.(tv21- t0) = 278,47.2,2858.(44- 33) = 7001,7 (kJ/h) Qv3= G23.Cv3.(tv23- tv22) = 266,22 2,1274.(47- 30) = 9628,05 (kJ/h) Vòng sấy cuối: Qv1= G21.Cv1.(tv21- t0) = 241,68.2,2858.(47- 33) = 7734,05 (kJ/h) Qv3= G23.Cv3.(tv23- t0) = 223,49.2,1274.(48- 33) = 7131,7 (kJ/h) Hay Vòng sấy đầu: Q v1 qv1= W = 7001,7 = 880,7 7, 95 Q v3 (kJ/kg ẩm) 9628, 05 qv3= W = 14,39 = 669,07 (kJ/kg ẩm) Vòng sấy cuối: Q v1 qv1= W = 7734, 05 = 831,6 9,30 Q v3 (kJ/kg ẩm) 7131, qv3= W = 15, 24 = 467,9(kJ/kg ẩm) Ta có bảng tổng kết: Vị trí tổn thất Vịng sấy đầu Vùng sấy nóng Vùng sấy nóng Tổng Vịng sấy cuối Vùng sấy nóng Vùng sấy nóng Tổng Qvi (kJ/h) qv1 (kJ/kg ẩm) 7001,7 9628,05 16629,75 880,7 669,07 1549,77 7734,05 7131,7 14865,75 831,6 467,9 1299,5 III.6.2 tổn thất thiết bị vận chuyển Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 30 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Hệ thống sấy với thiết bị vận chuyển băng tải để vận chuyển cà phê sau vịng sấy đầu lên vịng sấy cuối Q trình coi lần làm mát nên khơng tính tổn thất Vật liệu sấy rơi từ đỉnh tháp tác dụng trọng lực thân, dịch chuyển chúng bị ảnh hưởng lớn kênh dẫn kênh thải Chính kênh làm cho cà phê chuyển động xáo trộn tháp Các kênh làm thép q trình sấy chúng nóng lên nhận nhiệt tác nhân sấy Ta coi tổn thất thiết bị vận chuyển Các kênh làm thép với chiều dầy δ = 3mm = 0,003 m Khối lượng kênh Gk = 0,5kg Nhiệt dung riêng thép C th = 0,5 kJ/kg.K; Vì thép nên nhiệt độ kênh trung bình cộng nhiệt độ đầu vào TNS ứng với vùng sấy nóng Nhiệt độ trung bình đầu vào TNS vùng sấy: Vùng sấy nóng 1: ttb1 = 0,5.(75+54) = 64,5 0C Vùng sấy nóng 3: ttb3 = 0,5.(80+57) = 68,5 0C Tổng số kênh dẫn thải vùng sấy nóng là: n = 2.h 2.2, 64 28 = 28 = 0, 0, 492 (chiếc) Tổn thất nhiệt cho kênh: Qk1 = Qk3 = n.G k C th (t tb1 - t ) τ n.G k C th (t tb3 - t ) τ = 492.0,5.0,5.(64,5- 33) = 4, = 492.0,5.0,5.(68,5- 33) 4, 861 (kJ/h) = 970,33 (kJ/h) Nhận xét: Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 31 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Ta thấy tổn thất nhiệt cho kênh dẫn xảy có lần giai đoạn sấy Khi trình sấy liên tục tổn thất khơng cịn ln nóng q trình sấy, tháp sấy khơng đưa ngồi Khi tổn thất tính cho qua kết cấu bao che Mặt khác tổn thất lại nhỏ nên từ nhận xét ta định bỏ qua lượng tổn thất để sấy nóng cách kênh dẫn HTS III.6.3 tổn thất qua kết cấu bao che (tổn thất môi trừơng) -Tổn thất qua kết cấu bao che xung quanh Tháp sấy có kết cấu khung thép chịu lực, từ ngồi vào bao gồm: Lớp tơn bọc ngồi – vật liệu cách nhiệt – lớp tơn Hai lớp tơn có chiều dầy là: δ = 3mm, δ = 5mm, hệ số dẫn nhiệt λ = 71,58 W/mK 5mm mm tf1 q3 t f2 q2 t3 t1 q1 t2 t4 150mm Lớp tơn bên ngồi có nhiệm vụ cách ẩm cho vật liệu cách nhiệt bảo vệ chúng trước tác động môi trường Lớp tôn bên ngăn không cho VLS, TNS ảnh hưởng tới vật liệu cách nhiệt cách ẩm vào lớp cách nhiệt Vật liệu cách nhiệt polyurethane cứng với δ = 150 mm, λ = 0,041W/m.K Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 32 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Tổn thất xác định cho vùng sấy nóng chu kỳ làm việc HTS Trong vùng sấy có chiều cao 2,1m TNS chuyển động cưỡng tháp sấy cịn bên ngồi khơng khí chảy tầng Nhiệt -Để tính tổn thất, trước hết phải giả thiết giá trị cho t1 -Tiếp theo theo (7.50)[1] tìm hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α -Từ α 1ta tìm mật độ dịng nhiệt q1 -Từ đặc tính kết cấu thiết t1 ta tìm nhiệt độ t4 ∑ ( δ1 / λ1 ), giá trị tính q1 nhiệt độ giả -Để kiểm tra tính đắn ta so sánh với q với q3 sai số nhiều ta phải chọn lại t1 Quá trình lặp lại thoả mãn sai số cho phép 1% Với phân tích ta tiến hành tính tốn cho trước tiên cho vùng sấy nóng Tác nhân sấy chảy cưỡng tháp với tốc độ (0,2- 0.5) (m/s), ta chọn v = 0,3 m/s theo (7.46)[1] hệ số toả nhiệt α1 α1 = α2 6,15 + 4,17.v Khơng khí bên ngồi đối lưu tự nhiên chảy rối , theo (7.50)[1] hệ số toả nhiệt là: α2 = 1,715 ∆ t0,333 = 1,715.(tf1 – t1)0,333 Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu TNS mặt vách q1 là: q1 = α1 ∆ t = (6,15 + 4,17.v).(tf1 – t1) Mật độ dòng nhiệt dẫn nhiệt q2 là: q2 = 71,58 0,041 71,58 λ + + (t1 − t ) = ( ).(t1 – t4) 0,003 0,15 0,005 δ Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi tường với khơng khí xung quanh q3 q3 = α ∆t = 1,715 (t4 – tf2)1,333 Chọn nhiệt độ t1= 50,50C tính tốn lặp theo Excel ta có bảng kết quả: Sinh viên thực hiện: NHĨM trang 33 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy α1 α2 2 (W/m K) (W/m K) 0.40712 ∑ ( δ1 / λ1 ) GVHD: Hà Văn Tuấn tf10C t10C t40C tf20C q1(W/m2) q2(W/m2) q3(W/m2) 7.401 0.45569 6.098 57.5 57.16 41.8 33 2.51634 2.51634 2.7383 3.58927 7.401 0.50560 6.098 57.5 57.13 40.4 33 7.401 0.55677 6.0978 57.5 57.1 57.0 39.0 33 2.9604 3.1824 2.9604 7.401 0.60914 6.098 57.5 57.0 37.7 33 3.4044 3.18243 2.597111 7.401 6.098 57.5 36.3 33 3.40446 1.998431 2.73837 3.386891 3.058117 Từ bảng tính ta chọn trường hợp t = 57,10C có mật độ dòng nhiệt q1=q2=2,9604 W/m2, q3=3,058 W/m2 Thoả mãn sai số cho phép: – 2,9604/3,058 = 3,19% < 5% ( chấp nhận) Vậy qua vùng sấy nóng tổn thất nhiệt là: Qs1 = Fs1.q2.3600 = 2.(2,7 + 1,5).6,6.2,9604.3600 = 590 kJ/h -Tính tốn tương tự ta xác định tổn thất cho vùng sấy nóng 3: α1 α2 2 (W/m K) (W/m K) ∑ ( δ1 / λ1 ) tf10C t10C t40C tf20C q1(W/m2) q2(W/m2) q3(W/m2) 61.04 7.401 0.595064 6.097673 61.5 7.401 0.657265 6.097673 61.5 7.401 7.401 7.401 0.680755 6.097673 0.698965 6.097673 0.717293 6.097673 61.5 61.5 61.5 40.64975 61.01 33 3.345252 3.345252 4.552089 3.60428 3.60428 39.03524 38.4355 33 61 60.99 37.97427 60.98 37.51298 33 33 33 3.7005 3.77451 3.84852 3.966748 3.7005 3.700289 3.77451 3.476841 3.84852 3.237132 Từ bảng tính ta chọn trường hợp t = 610C có mật độ dòng nhiệt q1=q2=3,7005 W/m2, q3=3,7003 W/m2 Thoả mãn sai số cho phép: (1 – 3,7003/3,7005) < 5% ( chấp nhận) Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 34 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy Vậy vùng sấy nóng có tổn thất nhiệt là: GVHD: Hà Văn Tuấn Qs3 = Fs3.q2.3600 = 2.(2,7 +1,5).6,6.3,7005.3600 = 738 kJ/h Tổn thất nhiệt mơi trường tính cho kg ẩm hai vùng sấy nóng: qs1= Qs1/W1= 590/9,30 = 63,44 (kJ/kg ẩm) qs3= Qs3/W3= 738/15,24 = 48,42 (kJ/kg ẩm) Tháp sấy cịn có vùng đáy đỉnh tháp có tổn thất môi trường Nhưng tổn thất nhỏ, mặt khác tính chất tháp sấy sấy liên tục nên nhiệt tổn thất lại VLS hâp thụ Do ta bỏ qua dạng tổn thất Bảng tổng kết tổn thất: Trong tổn thất VLS mang có giá trị khác hai vòng sấy Ta chọn tổn thất lớn tức vịng sấy đầu Vùng sấy nóng q1(kJ/kg Vùng sấy nóng q3(kJ/kg Q1(kJ/h) ẩm) 7001,7 880,7 Q3(kJ/h) ẩm) 9628,05 669,07 Tổn thất Vật liệu sấy mang Ra môi trường xung quanh 590 63,44 738 10366,0 48,42 Tổng tổn thất 7591,7 944,14 717,49 III.7 Xây dựng trình sấy thực: Sau xác định tổn thất ta tính trính sấy thực Do có tổn thất nên q trình sấy thực khơng phải đẳng Entanpy Nó thể hình vẽ +Tính giá trị ∆: ∆i = Ca.t0 – (qvi + qsi) Ca : Nhiệt dung riêng ẩm Ca = 4,1868 kJ/kg.K Thay giá trị vào biểu thức ta được: Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 35 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn ∆ = Ca.t0 – (qv1 + qs1) = 4,1868.33 – (880,7 + 63,44) = -805,9(kJ/kg ẩm) ∆3 = Ca.t0 – (qv3 + qs3) = 4,1868.33 – (669,07 + 48,42) = -579,3 (kJ/kg ẩm) +Xác định thơng số sau q trình sấy thực: Cũng TBS đối lưu khác, từ I1i, t2i ∆ i (1,2) hoàn toàn xác định đồ thị I- d trạng thái TNS sau trình sấy thực C i (i = 1,2) Tính giải tích -Lượng chứa ẩm TNS khỏi vùng sấy thực d21: Trước hết tính Cdxi Cdx1 = 1,004 + 1,842.d11 = 1,004 + 1,842.0,027412 = 1,0544 (kJ/kg.K) Cdx3 = 1,004 + 1,842.d13 = 1,004 + 1,842.0,027581 = 1,0548 (kJ/kg.K) -Theo (7.32)[1] ta có: d21 = d11 + C dx1 (t11 − t 21 ) 1, 0544(75 − 54) = 0,027412 + 148, 718 + 805, = 0,0506 (kg ẩm/ kg kk) i1 − ∆1 d23 = d13 + C dx1 (t13 − t 23 ) 1, 0548(80 − 57) = 0,027581 + 154, 413 + 579, = 0,0606 (kg ẩm/ kg kk) i3 − ∆ -Độ ẩm tương đối: Theo (7.34)[1] độ ẩm tương đối TNS khỏi hai vùng sấy tương ứng bằng: ϕ21 = 745 0, 0506 B.d 21 750 = = pb1 (0, 621 + d 21 ) 0,148.(0, 621 + 0, 0506) 9,9% ϕ23 = 745 0, 0606 B.d 23 750 = = pb (0, 621 + d 23 ) 0,171.(0, 621 + 0, 0606) 5% -Lượng TNS thực tế: Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 36 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy l1 = d − d = 21 11 0, 0506 − 0, 027412 GVHD: Hà Văn Tuấn = 43,13 (kg kk/kg ẩm) L1= l1.W1= 43,13.9,30 = 401,109 (kg k/h) l3 = d 1 = 0, 0606 − 0, 027581 = 30,28 (kg kk/kg ẩm) 230 − d13 L3= l3.W3 = 30,28.15,24 = 461,467 (kg kk/h) -Thể tích TNS trung bình vùng sấy: Theo phụ lục 5[1] với độ ẩm tương đối nhiệt độ biết ta tìm được: Vùng sấy nóng 1: Với t11 = 750C ϕ 11 = 11% ta v11= 0,952 m3/kg kk Với t21 = 540C ϕ 21 = 9,9% ta v21= 0,969 m3/kg kk Vùng sấy nóng 3: Với t13 = 800C ϕ 13 = 9,1% ta v13= 1,015 m3/kg kk Với t13 = 570C ϕ 23 = 5% ta v13= 0,968 m3/kg kk Do thể tích trung bình TNS vùng bằng: V1= 0,5.L1.( v11+ v21) = 0,5.401,109.(0,952 + 0,969) ≈ 385,26 (m3/h) V3= 0,5.L3.( v13+ v23) = 0,5.461,467.(1,015 +0,968) ≈ 457,54 (m3/h) III.8 Bảng cân nhiệt Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 37 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn Do vịng sấy lần cuối có tổn thất nhiệt vật liệu mang lớn nên cân nhiệt ta tính cho vịng sấy cuối +Vùng sấy nóng 1: Tổng nhiệt lượng cần thiết q1: q1= l1.(I11 – I0) = 43,13 (148,718 – 101) = 2058,07 (kJ/kg ẩm) Nhiệt lượng có ích q11: q11 = i21 – Ca.tv11 = 148,718 – 4,1868.33 = 10,55 (kJ/kg ẩm) Tổn thất nhiệt TNS mang q21: q21= l1.Cdx1.(t21 – t0) = 43,13.1,0544.(54 – 33) = 955 (kJ/kg ẩm) Tổng nhiệt lượng tổn thất nhiệt lượng có ích q’1: q’1= q11+ q21 + qv1 + qm1 = 10,55 + 955 + 880,7 + 63,44 = 1909,7 (kJ/kg ẩm) Về nguyên tắc q’1= q1 Tuy nhiên q trình tính tốn làm trịn nhiều ngun nhân khác, chẳng hạn chọn nhiệt độ TNS vào khỏi vùng theo kinh nghiệm khơng tính tốn cụ thể Do đó, phạm phải sai số tuyệt đối ∆ q: ∆ q=q1 - q’1= 2058,07 – 1909,7 = 148,37 (kJ/kg ẩm) Và sai số tương đối: ε = ∆ q/q1= 148,37/2058,07 = 7,1% < 10% Như tính tốn chấp nhận Bảng cân nhiệt vùng sấy nóng vùng sấy nóng 3: STT Đại lượng Nhiệt lượng có ích Tổn thất TNS Tổn thất VLS Tổn thất môi trường Tổng lượng nhiệt tính tốn Sinh viên thực hiện: NHÓM Ký hiệu Giá trị, kJ/kg % q11 q21 qv1 qm1 ẩm 10,55 955 880,7 63,44 0,52 46,4 42,7 3,08 q’1 1909,7 92,7 trang 38 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy Sai số Tổng lượng nhiệt cần GVHD: Hà Văn Tuấn 148,37 2058,07 ∆q q1 thiết 7,1 100 III.9 Tính nhiên liệu tiêu hao Nhiên liệu tiêu hao tính theo cơng thức: b= q.W Q c ηbd Do : Vùng sấy nóng1: b1 = q1 W1 Q c ηbd = 2058, 07.9, ≈ 0,46 46314.0, q W3 Q c ηbd = 2058, 07.15, 24 ≈ 0,76 46314.0, (kg/h) Vùng sấy nóng 3: b3 = (kg/h) Tổng nhiên liệu tiêu hao cho vùng sấy: b = b1 + b2 = 0,46 + 0,76 ≈ 1,22 (kg/h) III.10 Tính tốn vùng làm mát Nhiệt lượng TNS nhả cho khơng khí buồng làm mát Q Trước hết tính nhiệt dung riêng trung bình Cv2: Cv2= Ca ϖ tb2 + (1 - ϖ tb2).Ck Vòng sấy đầu: Cv2= 4,1868.0,27 + (1- 0,27).1,55 = 2,26 (kJ/kg.K) Vòng sấy cuối: Cv2= 4,1868.0,185 + (1- 0,185).1,55 = 2,04 (kJ/kg.K) Để hệ thống làm việc tốt vịng sấy ta tính chọn C v2= Cv2max=2,26 (kJ/kg.K) Do nhiệt độ VLS qua buồng làm mát nhả cho khơng khí là: Q2 = G22.Cv2.(tv12 – tv22) = 269,17.2,26.(44 – 30) = 8516 (kJ/h) Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 39 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy Hay q2 = Q 8516 = = W2 7, 47 GVHD: Hà Văn Tuấn 1140 (kJ/kg ẩm) Rõ ràng, bỏ qua lượng nhiệt tổn thất môi trường xung quanh kết cấu bao che buồng làm mát ta có: ∆ 2= q2 = 1140 (kJ/kg ẩm) +Tính thơng số khơng khí sau buồng làm mát: Nếu lấy nhiệt độ khơng khí khỏi buồng làm mát t 22= 380C trạng thái C3 khơng khí khỏi buồng làm mát hoàn toàn xác định Chú ý rằng, khắc với trình sấy, trình làm tăng ẩm Nên tính giải tích lượng chứa ẩm d22theo (7.32)[1] bằng: d22= d0 + C dx (t 22 − t ) i22 − ∆ Trong đó: Cdx2 = 1,004 + 1,842.d0 = 1,004 + 1,842.0,026 = 1,05 (kJ/kg.K) i22= 2500 + 1,842.t0 = 2500 + 1,842.33 = 2561 (kJ/kg) Thay gia trị vào ta được: cho vòng sấy d22= 0,026 + Sinh viên thực hiện: NHÓM 1, 05.(38 − 33) = 2561 − 1140 0,0297 (kg ẩm/ kg kk) trang 40 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Hà Văn Tuấn I , 4% 47 % 58 38°C 33°C d22 d0 d Độ ẩm tương đối ϕ 22 bằng: Trước hết ta xác định pb2: cho vòng sấy pb2 =  4026,42  4026,42   exp 12 −  = exp 12 − = 235,5 + t  235,5 + 33    ϕ 22= 745 0, 0297 B.d 22 750 = pb (0, 621 + d 22 ) 0, 05.(0, 621 + 0, 0297) 0,05 (bar) = 47,4% +Lượng khơng khí cần thiết cho q trình làm mát: Lượng khơng khí lớn vòng sấy nên: l2= d − d = 22 0, 0297 − 0, 026 = 270,3 (kg kk/ kg ẩm) L2 = l2.W2 = 270,3.7,47 = 2019 (kg kk/h) +Thể tích trung bình khơng khí trước sau buồng làm mát Từ (t0, ϕ 0) (t22, ϕ 22): (330C,80%); (380C,47,4%) Tìm phụ lục ta được: v0= 0,9 (m3/kg kk), v22= 0.936 (m3/kg kk) Khi thể tích trung bình V3 bằng: V3= 0,5.L2.(v0 + v22) = 0,5 2019.(0,9 + 0,936) =1853,44 m3/h Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 41 Bài tập lớn: môn học Kỹ thuật Sấy III.11Tốc độ TNS kêng vùng: GVHD: Hà Văn Tuấn Tổng diện tích kênh dẫn kênh thải vùng sấy nóng là: F1= nkd.Fk.h1/0,3 = 14 0,022.6 = 1,848 (m2) Tổng diện tích kênh dẫn kênh thải vùng làm mát là: F2= 0,5.F1 = 0,5.1,848 = 0,924 (m2) Tổng diện tích kênh dẫn kênh thải vùng sấy nóng là: F3 = F1= 1,848 (m2) Do đó, tốc độ TNS kênh vùng sấy là: w1= V1/F1= 385,26/(3600.1,848) = 0,06 (m/s) w2= V2/F2= 1853,44/(3600.0,924) = 0,55 (m/s) w3= V1/F1= 457,54/(3600.1,848) = 0,07 (m/s) Tốc độ kênh dều thoả mãn điều kiện kinh nghiệm w < m/s III.12 chọn quạt Để chọn quạt phải tính trở lực tác nhân sấy kênh dẫn, kênh thải qua lớp hạt tháp Các tính tốn này, đặc biệt tính trở lực qua lớp hạt phức tạp chọn quạt theo kinh nghiệm quạt dùng hệ thống sấy tháp quạt trung áp đồ thị hình 17.12 sách thiết kế hệ thống sấy vào suất chọn quạt hạ áp N cho hai vùng sấy vùng làm mát Sinh viên thực hiện: NHÓM trang 42 ... nghiên cứu cơng nghệ sấy cà phê, tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp dùng để sấy 500 kg cà phê/ mẽ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ, thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên nghành Do kiến... Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB giáo dục, 2002 [2]: PGS – TS Hoàng Văn Chước Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB KH – KT, 2006 [3]: Nguyễn Đức Lợi HD Thiết kế hệ thống ĐHKK ,... cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô… Đối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu cơng nghệ sấy để sấy ngun vật liệu có ý nghĩa đặc biệt kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công