Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản

Lời nói đầu Trong công nghiệp và đời sống, kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong quá trình công nghệ của rất nhiều sản phẩm đều có giai đoạn sấy khô để bảo quản sản phẩm dài ngày.Đó là các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu, …. Đặc biệt là các sản phẩm trong ngành dược liệu như thuốc viên thì yêu cầu sấy có điều khiển nhiệt độ vô cùng chính xác. Nếu không thì sản phẩm sẽ bị biến tính hóa học không kiểm soát được gây nguy hại cho sức khỏe và tính mạng cho con người, thiệt hại về kinh tế cho người lao động. Từ đó nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, xuất hiện nhiều phương pháp và thiết bị sấy. Đề tài này tìm hiểu về thiết bị sấy bằng phương pháp điện trở với vật liệu sấy dạng hạt phổ biến, tác nhân sấy là không khí nóng. Mạch điện cung cấp, mạch điều khiển chính xác nhiệt độ sấy. Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản CHƯƠNG I VẬT LIỆU ẨM I - Khái niệm và đặc trưng của vật ẩm 1 - Khái niệm Những vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối lượng chất lỏng đáng kể chủ yếu là nước. Trong quá trình sấy chất lỏng trong vật bay hơi, độ ẩm của nó giảm. Trạng thái của vật ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó. Độ ẩm của vật có thể biểu thị qua : độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần và độ chứa ẩm, nồng độ ẩm. Ví dụ vật ẩm : các sản phẩm nông, lâm, hải sản như ngô, sắn, cà rốt, cà phê, giấy, gỗ, thuốc, cá hộp,và trong sản xuất dược phẩm như là sấy thuốc viên v.v… 2 - Các thông số đặc trưng của vật ẩm a.Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. độ ẩm tuyệt đối ký hiệu Ο ω . Ta có : Ο n K G ω .100 % G     = . Trong đó : - G n : khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg). Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản - G K : khối lượng vật khô tuyệt đối (kg). b.Độ ẩm toàn phần Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của vật ẩm ký hiệu của độ ẩm toàn phần là 1 ω . Ta có : n G ω .100 % G     = . Trong đó : G : khối lượng vật ẩm : G = G n + G K (kg). Độ ẩm toàn phần có giá trị từ 0 đến 100 % . Vật có độ ẩm 0 % là vật khô tuyệt đối và 100% là vật toàn nước. Như vậy là độ ẩm toàn phần luôn nhỏ hơn 100% . c.Độ chứa ẩm Độ chứa ẩm là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. Độ chứa ẩm ký hiệu là u. Ta có : n K G u .100 % G     = [kg ẩm/kg vật khô] . d.Nồng độ ẩm Nồng độ ẩm là khối lượng ẩm chứa trong 1m 3 vật thể. Nồng độ ẩm ký hiệu là N. Ta có : n G N .100 V = [kg/m 3 ] . Trong đó : V – Thể tích vật e.Độ ẩm cân bằng Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó. Độ ẩm cân bằng ký hiệu là cb ω , ocb ω , cb u … Trong kỹ thuật sấy độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó xác định độ ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong từng môi trường khác nhau. Nếu độ ẩm của vật 1 ω lớn hơn độ ẩm cân bằng tương ứng với trạng thái không khí (t 1 , 1 ϕ ) thì vật ẩm sẽ thoát ẩm đến khi đạt tới trị số cân bằng cb1 ω . Ngược lại nếu như 1 ω < cb1 ω thì vật sẽ hấp thu ẩm để cho độ ẩm của nó đạt được tới trị số cân bằng. Vì vậy khi cần bảo quản một sản phẩm có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm cân bằng ứng với môi trường không khí trong phòng ta không thể để sản phẩm trong điều kiện trong phòng mà cần cho trong bao gói hoặc nhà kho mà độ ẩm tương đối không khí nhỏ hơn độ ẩm không khí ngoài. II – Phân loại vật ẩm 1 – Vật xốp mao dẫn Là những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu bằng mối liên kết mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần chất lỏng. Ví dụ : Các vật liệu xây dựng, than củi, gỗ ,cát, thạch anh v.v… 2 – Vật keo Là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt, trong đó ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu. Ví dụ : keo động vật, vật liệu xenlulo, tinh bột, đất sét v.v… 3 – Vật keo xốp mao dẫn Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản Là những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn . Ví dụ : gỗ, than bùn các loại hạt, rau… Và vật liệu chúng ta thiết kế hệ thống sấy sẽ là vật liệu dạng hạt loại này. III – Nguyên nhân vật ẩm - Là do hấp thụ hơi nước trong môi trường . - Vật bị ướt do yêu cầu công nghệ như thuốc viên trước là dạng bột sau đó trộn với nước để làm thành dạng viên sau đó cho bay hơi nước (đông dược). IV – Các đặc trưng của không khí ẩm 1-Nhiệt dung riêng của vật ẩm Nhiệt dung riêng của vật ẩm được xác định từ nhiệt dung riêng của vật khô tuyệt đối và của ẩm chứa trong vật. Tức là : K K n n K K n n n K . . . . + C G C G C G C G C G G G + + == . Trong đó : - C K , C n :Nhiệt dung riêng của vật khô và nước. - G K , G n :Khối lượng vật khô và khối lượng nước. 2 – Hệ số dẫn nhiệt của vật ẩm Quá trình truyền nhiệt trong vật ẩm khác với vật khô ở chỗ là trong vật ẩm có ẩm. Sự có mặt của ẩm làm cho thay đổi hệ số dẫn nhiệt của hang xốp, mặt khác quá trình truyền ẩm trong vật cuãng ảnh hưởng tới quá trình truyền nhiệt. Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản n bx uΚ ΚΚ + + + +λ = λ λ λ λ λ [W / m.K] . Trong đó : - λ Hệ số dẫn nhiệt của vật khô tuyệt đối. - n ΚΚ , λ λ Hệ số dẫn nhiệt tương đương do truyền nhiệt đối lưu của ẩm và không khí. - bx λ Hệ số dẫn nhiệt tương đương xét đến ảnh hưởng của trao đổi nhiệt bức xạ giữa bề mặt hang xốp. - u λ Hệ số dẫn nhiệt tương đương xét đến quá trình truyền ẩm trong vật. CHƯƠNG II TÁC NHÂN SẤY I - Khái niệm Tác nhân sấy là các chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy. II – Mục tiêu của tác nhân sấy Trong quá trình sấy thì buồng sấy luôn luôn được bổ xung lượng ẩm thoát ra từ vật liệu sấy. Nếu như lượng ẩm này không được mang đi thì đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng ẩm giữa môi trường trong buồng sấy và vật ẩm, lúc này quá trình sấy sẽ bị ngưng lại. Do đó cần có tác nhân sấy làm nhiệm vụ chuyên chở Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản lượng hơi ẩm trong buồng bằng cách lúc nó thoát ra khỏi buồng sấy thì nó mang theo cả lượng ẩm trong buồng sấy. III – Phân loại tác nhân sấy Ta phân loại tác nhân sấy theo trạng thái vật lý Dạng khí : Không khí, khói, hơi quá nhiệt… Dạng lỏng : dầu, muối nóng chảy… Trong phạm vi đồ án này chúng ta chỉ xét tới tác nhân sấy không khí ẩm IV- Sơ lược tác nhân sấy không khí ẩm 1 – Khái niệm : Không khí là loại tác nhân có sẵn trong tự nhiên, không làm bẩn, gây độc hại cho sản phẩm sấy. Thành phần chủ yếu là Nito(N 2 ), Oxy(O 2 ), hơi nước(H 2 O), … Ngoài ra còn có một số chất khí khác chiếm một lượng nhỏ như cacbonic(CO 2 ), Hydro(H 2 ), Ozon(O 3 )… Không khí có chứa hơi nước được gọi là không khí ẩm. Không khí ẩm bao gồm hai thành phần đó là không khí khô à hơi nước. Trong đó : - Khối lượng không khí ẩm bằng tổng khối lượng không khí khô và hơi nước K h + G = G G [kg]. Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản - Không khí khô và hơi nước cũng phân bố đều trong toàn bộ thể tích tức là: K h = V = V V [m 3 ]. - Nhiệt độ của không khí khô bằng nhiệt độ của hơi nước và bằng nhiệt độ của không khí ẩm K h = t = t t . - Áp suất của không khí ẩm bằng tổng phân áp suất của không khí khô và phân áp suất của hơi nước. K h + P = P P . 2 – Các thông số đặc trưng của không khí ẩm. a.Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm là lượng hơi nước (tính bằng g) chứa trong 1m 3 không khí ẩm. Tức là : h .1000 G = V ρ [g/m 3 ]. b.Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ số giữa lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm với lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm đó ở cùng một nhiệt độ độ ẩm tương đối đo bằng % và ký hiệu là ϕ . Ta có : h hmax .100 G = G ϕ [%]. c.Độ chứa ẩm Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản Độ chứa ẩm của không khí là khối lượng hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô. Tức là : h K .1000 G d = G [g/kg KKKhô]. d.Nhiệt dung riêng của không khí ẩm Ta coi không khí ẩm là hỗn hợp của khí lý tưởng cho nên ta có thể xác định nhiệt dung riêng của không khí ẩm theo công thức nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí lý tưởng. Tức là : K n C 0,001.d.C C= 1+0,001.d + [kJ/kgK]. Trong đó ta có C K nhiệt dung riêng của không khí khô K C kJ/kgK≈ 1 C h Nhiệt dung riêng của hơi nước h C kJ/kgK≈ 1,97 e.Thể tích riêng và khối lượng riêng của không khí ẩm Thể tích riêng của không khí ẩm là v : 3 K VV [m /kg]. G G v = = K K K V v (1+0,001.d).G 1+0,001.d v = = Trong đó : v k là thể tích riêng của không khí khô k K k h R .T 287.T v P P - P = = .[m 3 /kg]. Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản K hs 287.T ).( ) v (P - P 1 0,001.d = ϕ. + .[m 3 /kg]. Khối lượng riêng của không khí ẩm là ρ hs (P - P ).(1 0,001.d) 1 287.Tv = = ϕ. + ρ .[kg/m 3 ] f.Entanpi của không khí ẩm • Khái niệm về entanpi Entanpi của không khí ẩm được ký hiệu là I(J). Trong nhiệt động Entanpi được định nghĩa bằng biểu thức sau: I = U + P.V. Trong đó : - U nội năng của môi chất . - P áp suất của môi chất. - V thể tích của môi chất. Entanpi là trạng thái vi phân của nó . di = di + d(pv) là vi phân toàn phần . Entanpi có cả trong hệ hở và hệ kín. Entanpi của khí thực cũng giống như nội năng là hàm phụ thuộc vào hai trong số ba trạng thái cơ bản P, V, T. • Entanpi của không khí ẩm Entanpi của không khí ẩm bằng tổng entanpi của không khí khô và của hơi nước, tức là: Điều khiển nhiệt độ thiết bị sấy nông sản [...]... im : - Tỏc nhõn sy khụng khớ m ti mt thi im bt k trong nm trong quỏ trỡnh sn xut thỡ ta cú cp nhit m vo (t1, 1 ) ti thi im khỏc thỡ li cú (t2, 2 ) Chỳ ý l thiu hỡnh v t1 Thiết bị sấy 1 to t2 o 2 Bộ điều khiển Thiết bị sấy Bộ điều khiển - Vn u t ban u tng i ln do b phn gia nhit cho khụng khớ l dựng in - ng dng Dựng sy thuc, hi sn, cỏc thit b sy nụng sn CHNG III iu khin nhit thit b sy nụng sn to o... 257384,12(KJ/h) = 71,49KW Qo = 71,49KW g.Th tớch qut Tỏc nhõn sy trc khi vo bung sy cú nhit t1 = 90OC, m tng i 1 = 2,4% Chỳng ta xỏc nh th tớch tỏc nhõn sy trong 1h Không khí Calorife VKhớ tb = VKhí vào Tháp sấy V Khớ vo + V Khớ ra 2 iu khin nhit thit b sy nụng sn VKhí ra *Trong ú Vkhớ vo xỏc nh (1 Kg khụng khớ khụ vi t1 = 90OC; 1 = 2,4%) Ta s dng phng phỏp ni suy Theo ph lc 5/trang 349 ti liu [4]: v10(t1 . 0,001.d) 1 287.Tv = = ϕ. + ρ .[kg/m 3 ] f.Entanpi của không khí ẩm • Khái niệm về entanpi Entanpi của không khí ẩm được ký hiệu là I(J). Trong nhiệt động Entanpi được định nghĩa bằng biểu thức sau: I. sấy. 3-Các phương pháp xác định thời gian sấy Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy. Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố. thuộc vào thành phần chất lỏng. Ví dụ : Các vật liệu xây dựng, than củi, gỗ ,cát, thạch anh v.v… 2 – Vật keo Là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt, trong đó ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm