Thiết kế thiết bị sấy hầm để sấy khoai tây cắt lát

Ví dụ như nhãn sấy khô, chuối sấy khô, ngô sấy, khoai tấy sấy … Nhằm trang bị cho kỹ sư ngành Công Nghệ Thực Phẩm trước khi ratrường những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật sấy, sinh viê

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

1

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

ĐỂ TÀI:

Thiết kế thiết bị sấy hầm để sấy khoai tây cắt lát, năng suất 200 tấn/năm

Điều kiện thiết kế:

- Độ ẩm ban đầu 80%, độ ẩm sản phẩm khô 8%

- Năng lượng: hơi nước có áp suất 5 bar

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật chế biến và bảo quản thực phẩm hiện nay đang ngày càng có xuhướng phát triển mạnh Trong đó kỹ thuật bảo quản bằng phương pháp sấy khô sảnphẩm là một trong những phương pháp đang được áp dụng rất phổ biến và hiệuquả hiện nay Ví dụ như nhãn sấy khô, chuối sấy khô, ngô sấy, khoai tấy sấy …

Nhằm trang bị cho kỹ sư ngành Công Nghệ Thực Phẩm trước khi ratrường những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật sấy, sinh viên của Viện CNSH &

TP, trong chương trình đào tạo, đã được làm đồ án môn học Để có một cái nhìntrực 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 khoai tây với năng suất 200 tấn/năm” Bản đồ án gồm các phần chính như sau:

Chương I: Tổng quan về hệ thống sấy hầm

Chương II: Tính toán quá trình sấy lý thuyết

Chương III: Xác định kích thước cơ bản của thiết bị sấy

Chương IV: Tính toán quá trình sấy thực

Chương V: Tính chọn calorifer và các thiết bị phụ

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn QT & TBCK,

thầy giáo LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 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 tránhkhỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy côcũng như các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tân Thưởng

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

MỤC LỤC

L

Ờ I NÓI ĐẦ U 2

M ỤC L Ụ C 3

C hương I : T ỔNG QUAN VỀ H Ệ T HỐNG SẤY HẦ M 5

I Hệ thống s ấy hầ m 5

I I Hệ thống s ấy hầm để s ấy khoai tâ y 5

C hương I I : T Í NH T OÁN QUÁ T R Ì NH SẤY L Ý T HU Y ẾT 8

I T ính năng s uất s ấy t r ong một gi ờ 8

I I T ính lượng ẩm bốc hơi t r ong một gi ờ 8

I I I C họn chế độ s ấy 8

I V T ính toán quá t r ình s ấy lý thuyế t .9

C hương I I I : XÁC Đ Ị NH K Í C H T H Ư ỚC C Ơ B Ả N 13

C ỦA T H I Ế T B Ị SẤ Y 13

I Xác định tiết diện hầm s ấ y 13

I I T hiết bị C huyền tả i 14

I I I Kích thước tường bao và t r ần hầm s ấ y 16

C hương I V: T Í NH T OÁN QUÁ T R Ì NH SẤY T H ỰC 17

I T ổn thất nhiệt do vật liệu s ấy mang đi qV 17

I I T ổn thất do thiết bị chuyền tải mang r a khỏi hầ m 17

I I I T ổn t hất r a môi t r ườn g .18

I V T ổng tổn thất nhiệt t r ong quá t r ình s ấy thự c 21

C hương V: T Í NH C HỌN C A L O RI F E R VÀ T H I Ế T B Ị PH Ụ .23

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

I T ính chọn calo r i f er 23

I I T ính toán khí động và chọn quạt gi ó 25T

À I L I Ệ U T HAM KHẢ O 28

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

Chương I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY HẦM

I Hệ thống sấy hầm

Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm là một trong những hệthống sấy đối lưu phổ biến nhất Nhưng khác với hệ thống sấy buồng, hệ thống sấyhầm có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục với năng suất lớn và phương pháp tổ chứctrao đổi nhiệt chỉ có thể đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt

Thiết bị truyền tải trong hệ thống sấy hầm có thể là băng tải hoặc gồm nhiều

xe goòng Băng tải trong hệ thống sấy hầm dạng xích kim loại có nhiệm vụ chứa

và vận chuyển vật liệu sấy, đồng thời cho tác nhân sấy đi qua băng tải để xuyênqua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm

Cấu tạo của hệ thống sấy hầm bao gồm ba phân chính: hầm sấy, calorifer vàquạt Hầm sấy là hầm dài từ 10 đến 20 hoặc 30 m, trong đó vật liệu sấy và tác nhânsấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm Các hệ thống sấy hầm có thể tổ chứccho tác nhân sấy và vật liệu sấy đi cùng chiều hoặc là ngược chiều, hoặc zích zắc,hồi lưu hay không hồi lưu tùy thuộc vào mục đích thiết kế

II Hệ thống sấy hầm để sấy khoai tây

Một câu hỏi đặt ra ở đây là tại sao phải sấy khoai tây?

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

Như chúng ta đã biết, khoai tây là một loại thực phẩm giàu chất dinh dưỡng.Khoai tây là loại thực phẩm rất phổ biến, có hàng trăm loại khác nhau Chúng đượcphân biệt dựa trên kích thước, hình dạng, màu sắc và mùi vị Ở nhiều quốc gia, đặcbiệt là châu Âu và Mỹ, đây là một loại thực phẩm quen thuộc Chúng cũng là mộttrong những thực phẩm giàu dưỡng chất nhất Trong 150g khoai tây cung cấpkhoảng 45% vitamin C cho nhu cầu hàng ngày của bạn Chúng có ít năng lượnghơn bưởi, nhiều kali hơn chuối và cung cấp nhiều sắt hơn các loại rau củ khác.Khoai tây còn giàu chất xơ, vitamin B6 và khoáng chất như đồng, mangan

Tuy nhiên khoai tây là củ có thời gian thu hoạch tương đối ngắn, bảo quảntươi lại rất khó khăn do đó phải sơ chế thành dạng nguyên liệu có thể giữ lâu ngàyđược Khoai tây thường được sơ chế thành dạng lát Quy trình sơ chế thành dạnglát, tóm tắt, gồm các công đoạn sau:

Củ tươi – ngâm – rửa – thái lát – phơi sấy – xử lý – thành phẩm.

Đối với củ tươi, ngay sau khi thái, ở bề mặt lát thường có "nhựa" chảy ralàm cho bề mặt lát rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa Để tránh hiện tượng này,sau khi thái, lát được ngâm ngay trong nước sạch hoặc trong dung dịch xử lý.Khoai lang và sắn có thể ngâm vào dung dịch nước vôi trong khoảng 30 phút, làmnhư vậy lát sau này sẽ có màu trắng đẹp Riêng khoai tây ngâm trong dung dịch

tươi Thời gian ngâm 30 phút Tất cả các lát sau khi ngâm xử lý được vớt lên rổ, ráhoặc những mặt thoáng nhằm làm cho lát thoát bớt nước Cần đảo trộn lát để tăngkhả năng thoát nước Sau khi xử lý đưa lát về sấy Để giảm bớt thời gian sấy, látnên được hong gió trước để làm se lớp bề mặt

Những yêu cầu khi sấy lát: Các lát khi đã được hong cho se lớp mặt đượcxếp lên các khay sấy Chiều dầy của lớp lát trên khay khoảng 20mm Các lát nếuđược xếp lộn xộn trên khay thì càng tốt vì như vậy tăng được bề mặt bay hơi nước.Khay sấy làm bằng nhôm có đục lỗ, cũng có thể làm mặt khay bằng tre nứa đan,kích thước lỗ 10 x 10mm (đan hình mắt cáo) Nhiệt độ không khí nóng khi cho tiếpxúc với sản phẩm sấy phải đảm bảo được các yêu cầu: Nung nóng sản phẩm đểlàm bay hơi ẩm, nhưng không được làm biến đổi chất lượng của chúng

Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt cung cấp chủ yếu là để làm nóng sảnphẩm sấy Khi nhiệt độ ở lớp bề mặt sản phẩm tăng dần để đạt tới nhiệt độ bay hơi

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

thì lượng ẩm ở bề mặt lát thoát ra rất mạnh Quá trình bay hơi ở lớp bề mặt xảy rađồng thời với quá trình chuyển dịch ẩm từ trong lòng vật liệu ra lớp bề mặt Nhiệtdần dần tác dụng sâu vào phía trong lòng làm cho nhiệt độ phía trong của lát tănglên, thúc đẩy thêm quá trình chuyển dịch ẩm từ trong lòng vật chất ra lớp bề mặt.Thời gian khô của các lát thường không đồng đều, do đó cần phải đảo trộn: Đảotrộn ngay trên một khay và đảo trộn giữa các khay Nếu thực hiện tốt việc đảo trộn,

có thể làm giảm được 1/3 thời gian sấy Tuy nhiên, việc đảo trộn ở một số thiết bịsấy không thực hiện được (như kiểu thiết bị đường hầm), do đó biện pháp tốt nhất

là bố trí và kết cấu thiết bị thích hợp để tăng khả năng phân bổ nhiệt tương đốiđồng đều ở các tầng khay và khu vực sấy

Với loại thiết bị có khả năng truyền nhiệt và thoát ẩm tốt, sau 8 – 10 giờ cóthể làm khô được khối lát xuống độ ẩm cuối cùng là 12 – 12,5% Các lát sau khisấy nhất thiết phải được làm nguội mới đưa vào bảo quản

SVTH : Nguyễn Tân Thưởng

Đồ án QT & TBCK GVHD: Lê Nguyên Đương

Chương II: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT

I Tính năng suất sấy trong một giờ

Năng suất sấy trong hệ thống sấy hầm là sản lượng thành phẩm trong một năm

độ nhiệt kế ướt tương ứng là: tư = 390C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi

lượng do tác nhân sấy mang đi, lại vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọngsương

Ở đây ta chọn độ chênh nhiệt độ khô ướt của không khí ra khỏi hầm sấy là ∆t =

460C

Chế độ lưu động của khí trong hầm là chế độ tuần hoàn cưỡng bức mạnh với tốc

độ môi chất ≥ 2 m/s

85% Nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi hầm: tv2 = t2 - ∆t, ta chọn ∆t = 60C

◊ tv2 = 46 – 6 = 400C

Thời gian sấy chọn theo kinh nghiệm: τ = 15 giờ

Nguồn năng lượng để cung cấp nhiệt cho tác nhân sấy là hơi nước bão hoà ở ápsuất 5 bar

IV Tính toán quá trình sấy lý thuyết

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:

dùng phương pháp đồ thị I – d ta tìm được các thông số ứng với các điểm tươngứng trên đồ thị

I0 = 1,004.t0 + d(2500 + 1,842.t0) = 52,139 (kJ/kgkk )

Nhiệt dung riêng dẫn xuất :

Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0 = 1,004 + 1,842.0,01264 = 1,027 (kJ/kg)Thông số của tác nhân sấy tại điểm sau khi ra khỏi calorifer:

Chương III: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

CỦA THIẾT BỊ SẤYChọn kiểu thiết bị sấy như hình vẽ

Trong thiết bị này, quá trình sấy xảy ra ở trong hầm Kích thước cơ bản gồmchiều rộng Bh, chiều cao Hh và chiều dài Lh

I Xác định tiết diện hầm sấy

Tiết diện hầm BxH được xác định theo điều kiện thông gió, còn chiều dàihầm sấy xác định theo thời gian sấy và năng suất sấy

Tiết diện thông gió trong phần sấy của hần phải thỏa mãn đk thông gió, tức là:

v k

tiết diện hầm sẽ tương đối lớn và chiều dài sẽ nhỏ hơn Mặt khác, tốc độ khí lớn sẽdẫn đến tăng năng lượng để vận chuyển khí Xét riêng về kích thước thiết bị ta

cũng ảnh hưởng đến tổn thất nhiệt vào môi trường )

Tiết diện thông gió của hầm là:

II Thiết bị chuyền tải

Ở đây ta chọn thiết bị chuyền tải là xe goòng và kích thước xe goòng đượctính như sau:

Tiết diện cản trở trong hầm sấy: Fc= Fs – Fk =1,408 – 0,4929 = 0,9154 (m2)

H vls .B x 15, 263 khay

Số khay chứa VLS: 15 khay

Chiều dày lớp vật liệu sấy trên khay: 0,06 (m)

Khoảng cách giữa các khay: 0,025 (m)

Tiết diện cản trở: Fc = 0,9 (m2)

Tiết diện toàn bộ: Fs = 1,4025 (m2)

Tính lại hệ số điền đầy: F = Fc/Fs = 0,6417

Tính chiều dài xe goong:

n G 153, 334.15 19,167

Chọn lại số xe: n = 20 xe

III Kích thước tường bao và trần hầm sấy

Trần hầm sấy cũng bao gồm 3 lớp Trong là bê tong dày 100 mm với hệ số dẫn nhiệt 0,7 W/mK Lớp cách nhiệt dày 50 mm với hệ số dẫn nhiệt 0,053 W/mK.Ngoài cùng là lớp tôn bảo vệ

Kết cấu tổng thể của hầm sấy được trình bày như ở bản vẽ

Chương IV: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC

I Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi q V

Để tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi, trước hết ta phải biết nhiệt độ

trong sấy nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt tác

sấy đi cùng chiều nhau nên:

tV2 = t2 – (5 ÷ 100C) ta chọn tV2 = 46 – 6 = 400C

nhiệt dung riêng khi ra khỏi hầm sấy là:

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

- Tổn thất do xe goòng mang đi

ra khỏi hầm sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy: tx2 = t1 = 460C do đó

x

t x 2 t x1 20.40.0, 5 46 20

693, 333 (kJ/h)15

Khay đựng vật liệu sấy được làm bằng nhôm, mỗi khay có trọng lượng là 1,5 kg.Nhiệt độ của khay ra khỏi hầm sấy cũng là nhiệt độ của tác nhân sấy, tk2 = t1 =

thất do khay sấy mang đi sẽ là:

III Tổn thất ra môi trường

Phân bố nhiệt độ qua tường hầm sấy

- Tổn thất qua tường bao

Qt = k.Fxq ttb

k: hệ số truyền nhiệt, 1 1 2 1

1 1 2 2

Theo bảng 3 tài liệu [2] ta có hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức khi khí chuyểnđộng dọc theo bề mặt vách, đối với bề mặt nhám, v < 5 m/s

Mật độ dòng nhiệt qua tường là: qt = k ttb = 47,409 (W/m2)

Kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ giữa bề mặt ngoài tường và không khí là:

Như vậy giả thiết ở trên là hợp lý

Diện tích xung quanh của hầm sấy (kể cả phần cửa ) là:

Fxq = 2.(Lh + 2.Bh).Hh = 43,86 (m2)

Tổn thất nhiệt qua tường bao: Qt = k.Fxq ttb = 2079,35 (W)

- Tổn thất nhiệt qua trần hầm sấy

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là: tk = ( 46 + 130)/2 = 880C

Và khoảng cách từ hầm đến phân xưởng là 2m

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

V Tính toán quá trình sấy thực

Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy thực

Thông số trạng thái thực của không khí ra khỏi hầm sấy được xác định:

l

Tính cho W = 120 kg ẩm/h : Q = q.W = 3151,987.120 = 378245,02 (kJ/h)

= 105,06 (kW)

Với ηs = 0,95 là hiệu suất nhiệt của calorifer

Tiêu hao hơi của calorifer

, kJ/kg

Trong đó: ih, entanpi của hơi nước vào calorifer, ih = i” kJ/kg

i’ , entanpi của nước ngưng, kJ/kg

Hệ số truyền nhiệt k được xác định theo bảng 4 ở phần phụ lục

Tra bảng phần phụ lục ta chọn được calorifer KΦ9 kiểu I có diện tích bề mặttrao đổi nhiệt là 41,6 m2 và diện tích tiết diện khí đi qua là f = 0,486 m2

Kiểm tra lại lưu tốc không khí qua calorifer:

Vậy ta chọn 2 calorifer KΦ9 kiểu I

Các kích thước của calorifer là: A = 1250 mm

B = 902 mm

C = 200 mm

II Tính toán khí động và chọn quạt gió

Sơ đồ tính toán khí động

Trở lực của hệ thống bao gồm: trở lực của calorifer, trở lực ma sát của kênhdẫn khí và trở lực cục bộ tại các tiết diện như chỗ ngoặt, ống đột thu

Trở lực ma sát trong các xe goong được xác định theo công thức:

L là chiều dài phần sấy, L = 15 m

chu vi phần thông gió : u = 8,75 m

v: là tốc độ khí trong hầm sấy, theo trên ta đã chọn v = 2 m/s

ρ: là khối lượng riêng của của khí trong hầm (tính theo nhiệt độ trung bình của khí)

Các trở lực cục bộ được tính theo công thức:

STT Vị trí gây trởlực (kg/mρ 3)

v(m/s)

Cdài(m)

đktd

ΔP (N/m2)

Hiệu suất quạt là η = 0,73

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TSKH TRẦN VĂN PHÚ – TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGSẤY – Nhà xuất bản Giáo dục

[2] PGS.TS HOÀNG VĂN CHƯỚC – THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY –Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật

[3] Internet