THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau

 Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 3 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Họ và tên: Đặng Hồng Chuyên. Khóa: K50. Đề tài đồ án: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CÁ I. Những số liệu ban đầu:  Năng suất: 1 G 3 tấn/ngày.  Địa điểm xây lắp: Tỉnh Thanh Hóa.  Nguồn năng lượng cung cấp: Hơi nước bão hòa. II. Nội dung thiết kế: 1. Tìm hiểu và thiết kế công nghệ. 2. Tính toán nhiệt, ẩm của hệ thống sấy(HTS). 3. Thiết kế chi tiết HTS. III. Bản vẽ: 1. Bản vẽ tổng thể hệ thống sấy. 2. Các bản vẽ chi tiết. IV. Thời gian thiết kế: Ngày giao đầu bài: 01/09/2009. Ngày hoàn thành: 30/10/2009. V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Đặng Trần Thọ  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 4 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 LỜI NÓI ĐẦU Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau. Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp cũng như nông nghiệp chế biến nông- hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất. Thực tế cho thấy quá trình truyền nhiệt nói chung và quá trình sấy nói riêng là những quá trình công nghệ phức tạp. Để thực hiện tốt quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống bao gồm các thiết bị như: Thiết bị sấy(Hầm, buồng sấy…), Calorifer, Quạt và một số thiết bị khác… Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là cá tươi với năng suất sản lượng đầu vào là 3tấn/ngày. Hệ thống được lắp đặt tại tỉnh Thanh Hóa với nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình trong năm là 0 t 23 C; =83%  [1]. Với nhiệm vụ đó em lựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Với sự hướng dẫn của TS. Đặng Trần Thọ đến nay em đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi các sai sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đọc quan tâm. Em xin chân thành cảm ơn! . Hà nội, ngày… tháng… năm 2009. Sinh viên thực hiện: Đặng Hồng Chuyên.  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 5 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 CHƯƠNG I TÌM HIỂU TÍNH CHẤT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY CÁ 1.1 Tính chất của Cá Nguyên liệu đầu vào của Hệ Thống Sấy là Cá Thu.  Cấu Trúc: Cá là một hệ keo đặc được tạo nên từ các màng ngăn, các sợi và nội mạc.  Đặc điểm hóa học của Cá: Thành phần hóa học của Cá phụ thuộc vào từng vùng đánh bắt, thời gian đánh bắt trong năm và kích cỡ lớn nhỏ của Cá. + Nước: Trung bình chiếm từ 55-85% đóng vai trò, chức năng quan trọng trong đời sống và chất lượng cá. + Protein: Chia làm 3 nhóm cơ bản gồm: Nhóm hòa tan trong nước, nhóm hòa tan trong dịch muối và cuối cùng là nhóm hòa tan trong cả dịch muối và nước. + Chất béo: Chia làm 2 nhóm gồm: Chất béo trung bình và Lipoit. + Gluxit. + Muối khoáng. + Vitamin. Cá Thu là một loại động vật ít mỡ, có độ ẩm từ 75-80%. Khi cá chết thì với độ ẩm như vậy sẽ là môi trường thuận lợi cho các loại vi khuẩn phát triển, gây ra hiện tượng thối rữa, ảnh hưởng đến môi trường và chất lượng sản phẩm. Nếu ta làm giảm độ ẩm xuống còn 35-40% thì sẽ ngăn cản được một số loại vi khuẩn. Nếu độ ẩm chỉ còn 10-12% thì hầu như các loại vi khuẩn không còn phát triển được nữa. Ngoài các yếu tố trên thì nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình thối rữa và phân hủy của Cá. Cá Thu là loại Cá có ít mỡ, tra bảng ra ta được nhiệt dung riêng của Cá Thu là C 3,62 kJ/kg. Thực tế khi sấy thì do lượng âm trong Cá luôn thay đổi và giảm vì vậy giá trị nhiệt dung riêng ở trên cũng không phải là luôn không đổi, tuy nhiên giá trị này chỉ để phục vụ mục đích tính toán tổn thất nhiệt do VLS mang đi nên ta có thể chấp nhận giả thiết coi nhiệt dung riêng của Cá là không đổi và luôn bằng giá trị lớn nhất.  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 6 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 1.2 Tổng quan về công nghệ sấy Cá 1.2.1 Tình hình sấy thủy sản ở nước ta hiện nay Việt nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư trường đánh bắt cá rất rộng. Sản lượng tôm cá hàng năm rất lớn. Cũng giống như các nước kém phát triển khác thì một phần sản lượng không nhỏ được chế biến dưới dạng khô, biện pháp chủ yếu vẫn là phơi nắng truyền thống, dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc thực phẩm cho con người, phương pháp này rất bị động khi thời tiết biến động, chất lượng sản phẩm thấp và gây ô nhiễm môi trường. Nhu cầu sấy cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta hiện nay. Cá đánh bắt được tiêu thụ trong nước không hết cần phải được sấy khô để xuất khẩu bán ra các nước khác. Hiện nay có rất nhiều hãng lớn trên thế giới cũng đã tiếp xúc với thị trường máy nông nghiệp trong đó có máy sấy nông sản và cụ thể là máy sấy cá, họ đem đến giới thiệu và chào hàng những dây chuyền hiện đại, năng suất lớn và hoàn toàn tự động chỉ phù hợp với quy mô công nghiệp. Trong khi đó ở Việt nam do đặc thù của nền kinh tế là sản xuất không tập trung, nhỏ lẻ và phân tán và quan trọng là chi phí đầu tư cho những dây chuyền như vậy rất đắt dẫn đến gây khó khăn cho nông dân hoặc các hộ kinh tế gia đình cá thể hay các doanh nghiệp vừa và nhỏ muốn đầu tư trang bị. Vì vậy cần phải nghiên cứu chế tạo ra những hệ thống sấy phù hợp với điều kiện của nước ta, nhưng vẫn phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm chi phí trong quá trình đầu tư, vận hành và bảo dưỡng. 1.2.2 Công nghệ sấy Cá a) Chọn và xử lý Cá * Tiêu chuẩn Chọn Cá: - Cá dùng để sấy phải đảm bảo tươi, thịt cứng, trọng lượng mỗi con vào khoảng 200gam/con. - Cá còn nguyên vẹn không bị tổn thương. - Cá không bị dịch bệnh hoặc có nguồn gốc xuất xứ từ những vùng mắc dịch bệnh. - Cá có mùi tanh tự nhiên. * Quá trình xử lý Cá: - Tiến hành vệ sinh Cá bằng nước sạch. - Dùng dao mổ bụng cá nhằm loại bỏ những thành phần không cần thiết như nội tạng, bỏ vây… - Cắt bỏ đầu , xương, vẩy…  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 7 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 - Rửa sạch Cá một lần nữa trước khi sấy Cá. * Yêu cầu cảm quan về thành phẩm: Trong quá trình sấy phải đảm bảo không làm mất chất tức là phải giữ được mùi vị của Cá. - Về màu sắc: Đảm bảo màu sắc tự nhiên của Cá, không bị dính cát sạn. - Về mùi, vị: Mùi thơm tanh tự nhiên của cá và không có mùi lạ, Cá phải có vị ngọt không mặn. - Về trạng thái: Cá khô, mình còn nguyên. Hàm lượng từ 13-15%, có hàm lượng muối từ 1-2%. b) Công nghệ sấy Cá khô Ta lựa chọn công ghệ sấy là công nghệ sấy hầm vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm là hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí - hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 0 80 95 C , được quạt thổi cưỡng bức vào hầm sấy. Vận tốc của dòng không khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian. Để tiến hành sấy Cá làm cho độ ẩm của Cá giảm xuống còn khoảng 10-12% thì nguyên liệu đầu vào là cá đã được làm sạch sẽ được xếp lên các khay sắt, các khay sắt được sắp xếp theo trật tự trên các xe goòng rồi đưa vào buồng sấy. Lượng ẩm sau khi thoát ra được thải ra môi trường. Quy trình phân loại, lựa chọn và sấy Cá khô: Hình 1.1: Quy trình công nghệ Sấy Cá khô  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 8 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP, DẠNG VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 2.1 Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế 2.1.1 Lượng ẩm cần bay hơi tính theo giờ Với nguyên liệu là Cá đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm 1 W 75% và yêu cầu của sản phẩm sấy đầu ra có độ ẩm là 2 W 12% . Với thời lượng làm việc của một ngày là 20tiếng(bao gồm tất cả các việc như tháo và chất tải…). Do đó ta có trong 1h thì lượng nguyên liệu đưa vào là: 1 G 3 tân/20h =3000 kg/20h =150 kgVLÂ/h. + Do vậy năng suất sản phẩm(VLK) tính theo giờ là: 1 2 1 2 1- W 1- 0,75 G = G . =150. 42,5 kgVLK/h. 1- W 1- 0,12  + Lượng ẩm cần bay hơi trong 1h là: 1 2 W=G - G =150[kgVLÂ/h] - 42,5[kgVLK/h]= 107,5kgÂ/h. 2.1.2 Lựa chọn phương pháp sấy Do sản phẩm sấy là Cá tươi và được dùng làm thực phẩm cho cả người nên để đảm bảo về yêu cầu vệ sinh. Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy. Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là Cá, và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta lựa chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi. Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer khí- hơi. Không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy. Trong không gian buồng sấy không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt- ẩm với vật liệu sấy là Cá tươi làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài. Không khí này sau đó được thải ra môi trường. 2.1.3 Chọn chế độ sấy Với hệ thống sấy buồng và vật liệu sấy là Cá. Ta sẽ gia nhiệt cho không khí lên đến nhiệt độ 0 1 t 70 C (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ). Nhiệt độ của không khí ra khỏi buồng sấy ta lựa chọn là 0 2 t 40 C (lựa chọn  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 9 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 không được quá thấp tránh hiện tượng đọng sương bên trong buồng sấy khi không khí bị quá bão hòa). Do yêu cầu nhiệt độ sấy không quá thấp(sấy nóng) nên ta sử dụng sơ đồ sấy không có đốt nóng trung gian. Để tránh làm mất mát mùi vị nhiều của Cá ta sử dụng sơ đồ sấy hồi lưu một phần. Ngoài lý do trên thì ta đã biết rằng do chất lượng yêu cầu của sản phẩm khá cao khi dùng làm thực phẩm cho con người do vậy không khí sử dụng làm tác nhân sấy cũng phải yêu cầu sạch, vì vậy tránh phải sử dụng lượng không khí tươi ngoài trời quá lớn vừa gây tăng chi phí vận hành và lọc bụi của hệ thống các phin lọc ta cho hồi lưu lại một phần không khí đi ra từ buồng sấy giảm bớt chi phí về năng lượng. 2.1.4 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy Tổng hợp toàn bộ các yêu cầu trên về hệ thống ta đưa ra được sơ đồ cho hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên như sau: Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống  Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 10 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY A- QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 3.1 Các thông số của không khí trong hệ thống 3.1.1 Thông số của không khí ngoài trời Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là 0 0 0 t 23 C; =83%  ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau:  Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 0 0 t 23 C là: bh0 0 4026,42 4026,42 p exp[12- ] = exp[12- ] = 0,02798[Bar]. 235,5+t 235,5+23   Độ chứa hơi của không khí: 0 b0 0 0 b0 .p 0,83.0,02798 d 0,621. 0,621. 0,98 .p 0,98 0,83.0,02798 0,01479[kg _ âm/ kg _ KKK].         Entanpi của không khí: 0 0 0 0 I 1,004.t d .(2500 1,842.t ) 1,004.23 0,01479.(2500 1,842.23) 60,70[kJ / kg _ KKK].        Như vậy không khí ngoài trời (0) có: 0 0 0 0 0 t 23 C; =83%; d 0,01479[kg _ âm/ kg _ KKK]; I 60,70[kJ / kg _ KKK].     3.1.2 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy(thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) Với nhiệt độ của không khí khi được thổi vào buồng sấy là 0 1 t 70 C , nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi buồng sấy là 0 2 t 40 C . Lượng không khí lưu chuyển trong thiết bị sấy(TBS) là: H 0 L L L  . Cân bằng ẩm cho toàn bộ hệ thống sấy có: 0 0 1 1 0 2 2 2 L .d G .W L .d G .W   0 2 0 1 2 2 L .(d d ) G .W-G .W W    (Lượng ẩm cần lấy đi của vật liệu sấy). 0 2 0 1 L W. (d d )    . Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có: M 1 1 2 2 2 L.d G .W L.d G .W    Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 11 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50 2 M 1 2 2 2 M 1 L.(d d ) G .W-G .W W L W. . (d d )        Ta có hệ số hồi lưu: H 0 0 0 0 L L-L L n 1 L L L     . 2 0 M 0 0 22 M M 2 M 2 M 2 0 W d d d d d n.dd d n 1 1 d . W d d d d 1 n d d                Cân bằng năng lượng cho buồng hòa trộn có: 0 0 2 H 0 H M I .L I .L (L L ).I   . H 0 2 0 0 2 H 0 0 2 M H 0 H 0 L I .I I .L I .L L I n.I I . L L L 1 n 1 L           Như vậy tại điểm hòa trộn M có: 0 2 0 2 M M d n.d I n.I d ; I . 1 n 1 n       Quá trình sấy lý thuyết xảy ra trong thiết bị sấy là quá trình đẳng Entanpi nên có: 1 2 pk 1 1 pa 1 pk 2 2 pa 2 I I C .t d .(r C .t ) C .t d .(r C .t ).       Do 1 M d d (Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm xảy ra trong Calorifer). Thay vào có: 0 2 pk 1 pa 1 pk 2 2 pa 2 d n.d C .t .(r C .t ) C .t d .(r C .t ). 1 n        Ta rút ra được: pk 1 2 0 pa 1 2 pa 2 pa 1 2 (n 1).C .(t t ) d .(r C .t ) d . (r C .t ) n.C .(t t )         Thay vào với: 0 0 1 2 0 pk pa t 70 C; t 40 C; d 0,01479 kg_âm/kgKKK r=2500 kJ/kg; C 1,004kJ / kg.K; C 1,842 kJ / kg.K; n=1      Ta có:  Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: 2 (1 1).1,004.(70 40) 0,01479.(2500 1,842.70) d (2500 1,842.40) 1.1,842.(70 40) 0,04051 kg_âm/kg_KKK.           Đồ án môn học: Kỹ Thuật Sấy - Thiết kế hệ thống sấy Cá 12 SVTH: Đặng Hồng Chuyên Lớp: Máy& TBNL 02_K50  Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: 2 2 2 2 I 1,004.t d .(2500 1,842.t ) 1,004.40 0,04051.(2500 1,842.40) 144,42[kJ / kg _ KKK].         Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 0 2 t 40 C là: bh2 2 4026,42 4026,42 p exp[12- ] = exp[12- ] = 0,07317[Bar]. 235,5+t 235,5+40   Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: 2 kq 2 bh2 2 d .p 0,04051.0,981 0,82=82%. p (0,621 d ) 0,07317.(0,621 0,04051)       Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2) có: 0 2 2 2 2 t 40 C; =82%; d 0,04051[kg _ âm/ kg _ KKK]; I 144,42[kJ / kg _ KKK].     3.1.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn: Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (M) có:  Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là: 0 2 M d n.d 0,01479 1.0,04051 d 0,02765 kg_âm/kg_KKK. 1 n 1 1         Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: 0 2 M I n.I 60,70 1.144,42 I 102,56 kg_âm/kg_KKK. 1 n 1 1         Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: 0 M M M pk M pa I d .r 102,56 0,02765.2500 t 31,7 C. C d .C 1,004 0,02765.1,842         Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 0 M t 31,7 C là: bhM M 4026,42 4026,42 p exp[12- ] = exp[12- ] = 0,04647[Bar]. 235,5+t 235,5+31,7   Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là: M kq M bhM M d .p 0,02765.0,981 0,899=90%. p (0,621 d ) 0,04647.(0,621 0,02765)       Như vậy không khí sau buồng hòa trộn (M) có: 0 M M M M t 31,7 C; =90%; d 0,02765[kg _ âm/ kg _ KKK]; I 102,56[kJ / kg _ KKK].     [...]... dng vi chiu rng hp lý giỳp cho vic lp t thit b, vn hnh v bo dng c thun tin Ta cú c bn v mt bng xõy dng hm sy nh sau: B Gió tươi ngoài trời Cửa Gió hồi A Cửa Gió thải ra ngoài bê tông trần bông thủy tinh cách nhiệt Quạt hướng trục Calorifer khí - hơi A cửa vào xe goòng cửa ra xe goòng bê tông nền B Hỡnh3.5: Mt ct ng xõy dng ca hm sy SVTH: ng Hng Chuyờn Lp: Mỏy& TBNL 02_K50 ỏn mụn hc: K Thut Sy - Thit . tự do của TNS nóng đi trong hầm là: td H X F F F  . Với: X F : là tiết diện của xe goòng(3 thanh thẳng đứng 25x1650, 12 thanh nằm ngang 25x1200), do. cho nông dân hoặc các hộ kinh tế gia đình cá thể hay các doanh nghiệp vừa và nhỏ muốn đầu tư trang bị. Vì vậy cần phải nghiên cứu chế tạo ra những