Đồ án thiết kế hệ thống sấy sắn thái lát

Hiện nay, nền nông nghiệp nước ta đã có nhiều bước tiến mới và đang phát triển rất tích cực. Khi sản lượng nông nghiệp ngày càng lớn thì nhu cầu về việc bảo quản dài ngày để xuất khẩu càng cao. Theo đó, công nghệ sấy cũng ngày càng phát triển, đặc biệt trong các sản phẩm rau, củ, quả như: khoai, sắn, cà rốt, củ cải đường, mít, vải,…Cũng như các loại khác, sắn là một trong những loại nông sản thực phẩm phổ biến và có mặt không ít trong nhu cầu ăn uống hằng ngày của chúng ta. Không những đem lại năng suất cao mà sắn còn là loài rất dễ trồng. Vì thế việc bảo quản lâu dài sau khi thu hoạch là rất cần thiết. Cho nên chúng ta cần phải nghiên cứu các kỹ thuật và mô hình sấy hợp lý để vừa hiệu quả mà vẫn đạt năng suất, chất lượng theo yêu cầu.Với đề tài: Thiết kế hệ thống sấy sắn thái lát với năng suất 20 tấnngày. Em sẽ trình bày và đưa ra phương án tối ưu, cùng với tính toán thiết kế và lắp đặt các thiết bị trong hệ thống sấy.MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG 12TÌM HIỂU VẬT LIỆU SẤY21.1Đặc trưng về sắn21.2Ý nghĩa kinh tế xã hội51.3Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sắn61.4Tính chất nhiệt vật lý của sắn7CHƯƠNG 28TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ SẤY82.1 Các loại thiết bị sấy82.2 Công nghệ sấy9CHƯƠNG 313TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT133.1 Tính năng suất sấy trong 1h133.2 Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h133.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết13CHƯƠNG 418TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ QUÁ TRÌNH SẤY THỰC184.1 Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị sấy hầm184.2 Tính toán quá trình sấy thực tế194.3 Tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống25CHƯƠNG 526TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY.26LỰA CHỌN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ PHỤ265.1 Tính chọn Calorifer265.2 Tính toán khí động và chọn quạt gió27TÀI LIỆU THAM KHẢO29

MỤC LỤC Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, nông nghiệp nước ta có nhiều bước tiến phát triển tích cực Khi sản lượng nông nghiệp ngày lớn nhu cầu việc bảo quản dài ngày để xuất cao Theo đó, công nghệ sấy ngày phát triển, đặc biệt sản phẩm rau, củ, như: khoai, sắn, cà rốt, củ cải đường, mít, vải,… Cũng loại khác, sắn loại nông sản thực phẩm phổ biến có mặt không nhu cầu ăn uống ngày Không đem lại suất cao mà sắn loài dễ trồng Vì việc bảo quản lâu dài sau thu hoạch cần thiết Cho nên cần phải nghiên cứu kỹ thuật mô hình sấy hợp lý để vừa hiệu mà đạt suất, chất lượng theo yêu cầu Với đề tài: Thiết kế hệ thống sấy sắn thái lát với suất 20 tấn/ngày Em trình bày đưa phương án tối ưu, với tính toán thiết kế lắp đặt thiết bị hệ thống sấy Do kiến thức hạn chế nên đồ án tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo tất bạn để đồ án em hoàn thiện Qua em xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS LẠI NGỌC ANH toàn thể thầy cô giáo môn Kỹ Thuật nhiệt giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Vũ Hữu Quý Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh CHƯƠNG TÌM HIỂU VẬT LIỆU SẤY 1.1 Đặc trưng sắn Sắn (hay gọi khoai mì) loại lương thực ăn củ, sống lâu năm Cây sắn cao tầm 1,5 - 2,5m, khía thành nhiều thùy, rễ ngang phát triển thành củ tích lũy tinh bột, thời gian sinh trưởng từ - 18 tháng Hình 1.1: Hình ảnh sắn 1.1.1 Xuất xứ Cây sắn có nguồn gốc vùng nhiệt đới châu Mỹ Latinh trồng cách khoảng 5000 năm Trung tâm phát sinh sắn coi vùng đông bắc nước Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại sắn trồng hoang dại Cây sắn người Bồ Đào Nha đưa đến Congo châu Phi vào kỷ 16 Ở châu Á, sắn du nhập vào Ấn Độ khoảng kỷ 17 (và Sri Lanka Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh đầu kỷ 18) Sau đó, sắn trồng Trung Quốc, Myanma nước châu Á khác cuối kỷ 18, đầu kỷ 19 Cây sắn du nhập vào Việt Nam kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991) 1.1.2 Phân bố sinh trưởng “Hiện tại, sắn trồng 100 nước vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới nguồn thực phẩm 500 triệu người Năm 2006 2007, sản lượng sắn giới đạt 226,34 triệu củ tươi so với năm 2005 211,26 triệu năm 1961 71,26 triệu Nước có sản lượng sắn nhiều Nigeria (45,72 triệu tấn), Thái Lan (22,58 triệu tấn) Indonesia (19,92 triệu tấn) Nước có suất sắn cao Ấn Độ (31,43 tấn/ha), Thái Lan (21,1 /ha) , so với suất sắn bình quân giới 12,16 tấn/ha (FAO, 2008) Việt Nam đứng thứ 10 sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) giới Tại Việt Nam, sắn canh tác phổ biến Đông Nam Bộ Tây Nguyên.” Tổng sản lượng kim ngạch xuất sắn sản phẩm từ sắn đạt 2,68 triệu đạt doanh thu 960,2 triệu USD (năm 2011) 4,23 triệu đạt doanh thu 1,35 tỷ USD (năm 2012) 1.1.3 Mùa vụ Ở nước ta, sắn trồng hầu hết tất vùng với điều kiện tự nhiện khác biệt Sự khác biệt dẫn đến thay đổi thời vụ trồng sắn thích hợp cho vùng  Ở tỉnh phía Bắc (đồng Trung du Bắc bộ), sắn trồng vào tháng đến tháng thu hoạch từ tháng 12 đến tháng năm sau  Vùng Nam Trung Bộ, sắn trồng khoảng tháng đến tháng 3, trồng sớm 1-2 tháng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 trước mùa mưa lũ Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh  Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ số vùng cao Đồng Bằng Sông Cửu Long, sắn trồng chủ yếu vào đầu mùa mưa, cuối mùa khô (tầm tháng – tháng 5) điều kiện nhiệt độ cao ổn định có mưa  Thời vụ trồng sắn thay đổi tuỳ theo điều kiện vùng thời gian thu hoạch bắt đầu sau trồng 8-10 tháng Sắn trồng để sản xuất bột thường thu hoạch muộn (sau 10-12 tháng) Các giống sắn trồng để ăn tươi thu hoạch rải rác từ 6-9 tháng 1.1.4 Phân loại Sắn có nhiều loại khác màu sắc, thân cây, lá, vỏ củ, thịt củ Tuy nhiên, đơn giản ta phân sắn thành hai loại sau:  Sắn đắng: Loại củ to, cho suất, hàm lượng tinh bột củ cao, có nhiều nhựa củ, hàm lượng cyanhydric cao, ăn tươi dễ bị ngộ độc  Sắn ngọt: gồm tất loại sắn có hàm lượng cyanhydric thấp, loại sắn có hàm lượng tinh bột thấp hơn, ăn tươi không bị ngộ độc 1.1.5 Cấu tạo Củ sắn thường thuôn nhọn đầu, dài khoảng 10-50cm, đường kính củ từ 2-9 cm Thường có phần gồm: vỏ gỗ, vỏ củ, thịt củ lõi Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Hình 1.2: Mặt cắt ngang củ sắn 1.2 Ý 1.2.1 nghĩa kinh tế - xã hội Giá trị dinh dưỡng Thành phần hóa học sắn thể bảng 1.1, [3]: Bảng 1.1: Thành phần hóa học sắn Thành phần Tỷ lệ chất khô (%) Hàm lượng tinh bột (%) Protein (g/100g) Chất béo (g/100g) Chất xơ (g/100g) Tro (g/100g) Ca(mg/100g) P(mg/100g) B1(mg/100g) B2(mg/100g) PP(mg/100g) Độc tố HCN(mg/kg)   1.2.2     1.2.3  Sắn chứa nhiều tinh bột nên dùng để chế biến nhiều loại lương thực, thực phẩm như: Làm mì tôm, làm bánh kẹo, nấu canh, làm chè,… Tinh bột sắn chế biến làm thức ăn chăn nuôi, sắn tươi làm rau xanh giàu chất đạm, dùng để nuôi cá, nuôi tằm Giá trị y học Dân gian dùng sắn giã để đắp trị mụn nhọt Vỏ lụa thân sắn để đắp bó gãy xương Rễ có tác dụng chống thối rữa Sắn lát dùng để chế biến cồn sinh học Giá trị kinh tế Sắn thái lát có giá trị kinh tế lớn việc sản xuất cồn, so với loại nông sản khác, sắn vừa dễ trồng, vừa đem lại suất cao Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Sắn 38 - 40 16 - 32 0,8 - 2,5 0,2 - 0,3 1,1 - 1,7 0,6 - 0,9 18,8 - 22,5 22,5 - 25,4 0,02 0,02 0,5 20 - 30 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Với suất lên tới 70-80 tấn/ha, việc xuất sắn tươi đem lại lợi nhuận không nhỏ 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sắn 1.3.1 Yếu tố trồng  Các giống khác đem lại hiệu quả, suất khác Hiện người ta lai nhiều loại giống cho suất cao KM419, KM140, KM98-1,…  1.3.2 Yếu tố ngoại cảnh  1.3.3 Các yếu tố ngoại cảnh dinh dưỡng khoáng, nhiệt độ, độ ẩm không khí đất, ánh sáng, gió… côn trùng, vi sinh vật,… có ảnh hưởng đến chất lượng sắn Tuy dễ trồng, sống điều kiện đất để đảm bảo đạt suất cao cần phải ý tới yếu tố Các yếu tố sau thu hoạch a, Các trình sinh lý, sinh hóa   Sự thay đổi thành phần hóa học diễn củ sắn trình bảo quản diễn thời gian dài, độ ẩm, nhiệt độ tác động Sự thay đổi khối lượng trình hô hấp sắn b, Các trình vật lý   1.4 Sự giảm khối lượng trình bay nước củ sắn Nhiệt độ, độ ẩm, thông gió trình bảo quản ảnh hưởng không đến chất lượng sắn Tính chất nhiệt vật lý sắn Thông số Giá trị Khối lượng riêng (kg/m3) 1500 Hệ số dẫn Nhiệt dung nhiệt 30 riêng 36 (W/m.) (kJ/kg.K) 0,16 – 0,57 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 1,636 Độ ẩm thu hoạch (%) Độ ẩm yêu cầu (%) 60 13 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh CHƯƠNG TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ SẤY 2.1 Các loại thiết bị sấy 2.1.1 Thiết bị sấy đối lưu Thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu, cấp nhiệt cho vật ẩm cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên cưỡng bức), môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt Đây phương pháp sấy thông dụng Thiết bị bao gồm nhiều loại như: thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tầng Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh sôi, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng quay,… 2.1.2 Thiết bị sấy xạ Thiết bị sử dụng phương pháp sấy xạ, gia nhiệt cho vật ẩm trao đổi nhiệt xạ Người ta thường dùng đèn hồng ngoại hay bề mặt rắn có nhiệt độ cao để xạ nhiệt tới vật ẩm, trường hợp môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm 2.1.3 Thiết bị sấy tiếp xúc Thiết bị sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, cấp nhiệt cho vật liệu dẫn nhiệt vật sấ tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao Thiết bị thường gồm kiểu: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô quay thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng 2.1.4 Thiết bị sấy thăng hoa Thiết bị sử dụng phương pháp hóa ẩm thành chất rắn, sau làm chất rắn thăng hoa nhiệt độ thấp, phương pháp giữ toàn đặc tính tự nhiên vật liệu sấy chất lượng tự nhiên sản phẩm 2.1.5 Thiết bị sấy chân không thông thường Thiết bị sử dụng cách thải ẩm máy hút chân không Do buồng sấy có chân không nên dùng cấp nhiệt đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm xạ hay dẫn nhiệt 2.1.6 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần Thiết bị sử dụng phương pháp sấy điện trường cao tần Dùng điện áp có tần số cao, hay gọi vi sóng (1Mhz-100Mhz 300Mhz – 300Ghz) đặt vào tụ điện, vật liệu sấy gia nhiệt, làm ẩm bay thoát Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh 2.2 Công nghệ sấy 2.2.1 Phân tích hệ thống sấy thông dụng a, Hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy cố định, chia theo mẻ sấy Dùng buồng sấy đối lưu tự nhiên cưỡng   Ưu điểm  Phù hợp với yêu cầu sấy không liên tục, suất nhỏ  Kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, thiết kế vận hành đơn giản nên dùng phổ biến nước ta  Hoạt động ổn định, có tuổi thọ độ bền cao có thiết bị rung, lắc hệ thống  Có thể tận dụng trình truyền nhiệt – truyền chất đối lưu tự nhiên, cưỡng Nhược điểm  Hiệu suất sử dụng lượng thấp  Chất lượng sản phẩm sấy không cao  Năng suất thấp, không sử dụng cho hệ thống với suất lớn  Mức độ đại hóa tự động hóa không cao, phụ thuộc nhiều vào tác động người b, Hệ thống sấy hầm Hệ thống sấy hầm hệ thống sấy đối lưu thông dụng, có thiết bị sấy hầm sấy, thường có chiều chiều dài lớn nhiều so với chiều rộng chiều cao Có nhiều kiểu sấy hầm như: sấy thẳng, sấy có hồi lưu, hệ thống sấy dùng băng tải,…  Ưu điểm  Phù hợp với yêu cầu sấy suất lớn, sấy liên tục bán liên tục  Hoạt động ổn định, có phận chuyển động đơn giản nên hệ thống có độ beefnn tuổi thọ tương đối cao  Cấu tạo đơn giản, dễ thiết kế sử dụng rộng rãi, phổ biến Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 10 Đồ án kỹ thuật sấy ϕ1 = GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh d1 p 0,01542.1 100% = 100% (622 + d1 ) ps1 (622 + 0,01542).0, 4667 = 5,18 % Trong đó: p – Áp suất không khí ẩm (lấy bar) 3.3.3 Trạng thái không khí cuối trình sấy Trạng thái xác định +/ Với = 80 oC = 118,54 [kJ/kkkhô] (quá trình đốt nóng) +/ Ta có độ chứa tính theo công thức trang 46 – [2]: d2 = I − C pk t2 r + C ph t2 = 118,54 − 1.40 2500 + 1,9.40 = 0,03 [kgẩm/kgkkkhô] +/ Áp suất bão hòa nước nhiệt độ t2: ps = exp(12 − 4026,42 4026, 42 ) = exp(12 − ) 235,5 + t2 235,5 + 40 = 0,0732 [bar] +/ Độ ẩm tương đối φ2 : ϕ2 = d2 p 0,03.1 100% = 100% (622 + d ) ps (622 + 0,03).0,0732 3.3.4 Tiêu hao không khí lý thuyết +/ Lượng không khí khô cần để bay 1kg ẩm: l01 = 1000 1000 = = 66,34 d − d (0,03 − 0,01542).103 +/ Khối lượng không khí khô cần cấp 1h: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 16 [kg/kgẩm] = 63,86 % Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh L0 = l0 W = 66,34.115 = 7625,59 [kg/h] +/ Khối lượng riêng không khí khô tính cho 1m3 không khí ẩm là: p 105 pk = = d1   ( 287 + 462.0,01542 ) (273 + 80)  Rkh + Rh ÷(273 + t1 ) 1000   = 0,963 [kg/m3] pk = p 105 = d2   ( 287 + 462.0,03) (273 + 40)  Rkh + Rh ÷(273 + t2 ) 1000   = 1,061 [kg/m3] +/ Khối lượng riêng không khí khô trung bình là: pk = pk + pk 0,963 + 1,061 = 2 = 1,012 [kg/m3] +/ Lưu lượng thể tích không khí : V0 = L0 7625,59 = pk 1,012 = 7534,14 [m3/h] 3.3.5 Tiêu hao nhiệt lý thuyết +/ Lượng nhiệt tiêu hao 1kg ẩm q0 = l0 ( I1 − I ) = 66,34.(118,54 − 62,73) +/ Tổng lượng nhiệt tiêu hao Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 17 = 3702,72 [kJ/kgẩm] Đồ án kỹ thuật sấy Q0 = q0 W = 3702,72.115 = 425599,8 GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh [kJ] CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ QUÁ TRÌNH SẤY THỰC Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 18 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh 4.1 Xác định kích thước thiết bị sấy hầm 4.1.1 Xác định chiều rộng B chiều cao H +/ Theo công thức tính tiết diện thông khí hầm trang 149 – [2], ta có: Fk = Trong đó: V0 vk V0 vk , [m2] – Lưu lượng môi chất hầm, m3/s – tốc độ môi chất sấy hầm, m/s +/ Chọn tốc độ khí hầm Fkh = V0 = vk vk = m/s = 1,05 [m2] +/ Chọn hệ số điền đầy tiết diện phần sấy hầm Fh = (Trong đó, +/ Với tiết diện Fh Fkh − βF Fh βF = 0,5, ta có: = = 2,1 [m2] tiết diện thông khí thực hầm) = 2,1 m2 ta chọn chiều rộng B = m & chiều cao H = 1,05 m +/ Kích thước phủ bì tiết diện hầm tính theo trang 57 – [2] : BN = B + ( chiều dày tường bao, chọn = 0,2 m) Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 19 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh (Ta xây tường bao gạch đỏ, có chiều dày = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ1 = 0,77 W/mK; lớp cách nhiệt có chiều dày = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ2 = 0,053 W/mK) HN = H + tr (tr chiều dày trần, chọn tr = 0,2 m) (Ta đổ trần bê tông có chiều dày = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ3 = 0,7 W/mK; lớp cách nhiệt có chiều dày = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ4 = 0,053 W/mK) => BN = + = + 2.0,2 = 2,4 [m] HN = 1,05 + tr = 1,05 + 0,2 = 1,25 [m] 4.1.2 Xác định chiều dài L hầm +/ Chọn vận tốc băng tải vt = 0,01 m/s, với thời gian sấy = 2h48’ = 10080s , ta tính chiều dài hầm sau: L = vt = 0,01.10080 = 100,8 [m] +/ Chiều dài phủ bì hầm là: (tính theo trang 153 – [2]) LN = L + 2.L (L chiều dài phụ thêm để bố trí đường gió vào ra, chọn L = 0,6 m )  LN = 100,8 + 2.0,6 = 102 [m] 4.2 Tính toán trình sấy thực tế 4.2.1 Xác định tổn thất nhiệt a, Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang theo 1h (tính theo trang 155 – [2]) Qm = G1.Cm.(tr – t0) +/ Trong đó: G1 lưu lượng vật liệu sấy Cm nhiệt dung riêng vật liệu sấy (Cm = 1,636 kJ.kgK) t0, tr nhiệt độ vật liệu vào khỏi hầm (tr = 60 oC) Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 20 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Qm = 833,33.1,636.(60– 23,5) = 49761,67 [kJ/h] => Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang bay 1kg ẩm là: m = = = 433 [kJ/kgẩm] b, Tổn thất nhiệt thiết bị truyền tải mang khỏi hầm +/ Chọn vật liệu làm băng tải thép không gỉ, có thông số: ρt = 7,9.103 kg/m3 Ct = 0,502 kJ/kgK, có chiều dày δt = mm +/ Khối lượng thiết bị truyền tải khỏi hầm sấy giây (Gtt) tính theo trang 28 – [5] là: Gtt = ρt.δt.B.vt = 7,9.103.1.10-3.2.0,01 = 0,158 [kg/s] +/ Nhiệt thiết bị truyền tải mang 1h (Qtt) tính theo trang 28 – [5] là: Qtr = Gtt.Ct.(t1 – t0).3600 Trong đó: t1 - nhiệt độ băng tải khỏi hầm sấy (chọn nhiệt độ tác nhân sấy) t0 – nhiệt độ băng tải vào hầm sấy (chọn nhiệt độ môi trường) => Qtr = 0,158.0,502.(80 – 23,5).3600 = 16133 [kJ/h] +/ Tổn thất nhiệt thiết bị truyền tải mang bay 1kg ẩm tr = = = 140 [kJ/kgẩm] c, Tổn thất tỏa nhiệt môi trường  Tổn thất nhiệt qua tường bao tính theo trang 156 – [2] Qxq1 = kt.Fxq1.(tk1 – to)  Fxq1 diện tích xung quanh hầm sấy Fxq1 = LN.H = 102.1,05 = 107,1 [m2]  tk1 nhiệt độ không khí hầm sấy tk1 ta lấy giá trị trung bình: tk1 = 0,5.(t1 + t2) =0,5.(80 + 40) = 60 oC  kt hệ số truyền nhiệt, tính theo công thức: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 21 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh k= • • 1 δ1 δ + + + α1 λ1 λ2 α , W/m2K α1: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu không khí buồng tới tường, tính theo trang 125 – [2] sau: Với vk = m/s < m/s nên α1 = 6,15 + 4,18.vk = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 [W/m2K] α2: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên từ tường tới không khí Nhiệt độ không khí môi trường 23,5 oC, ta tra thông số vật lý sau: υ = 15,295.10-6 m2/s ; Pr = 0,702 giả thiết nhiệt độ mặt tường bao tw = 29 oC => t = tw – t0 = 29 – 23,5 = 5,5 oC 9,81.1,253 .5,5 273 + 23,5 g H N β ∆t 0,702 Gr.Pr = Pr −6 2 (15,295.10 ) υ => = = 106513863.62 10,7.107 > 2.107 Tính α2 theo trang 156,157 – [2] Gr.Pr > 2.107, ta có: α2 = α0 = 1,66 = 1,66 0,975 = 2,86 [W/m2K] Vậy hệ số truyền nhiệt là: kt = 1 δ1 δ + + + α1 λ1 λ2 α = 1 0,1 0,1 + + + 14,51 0, 77 0, 053 2,86 = 0, 411 [W/m2K] Ta có: Mật độ dòng nhiệt qua tường tính theo trang 157 – [2] là: q1 = kt.(tk1 – to) = 0,411.(60 – 23,5) = 14,99 [W/m2] Kiểm tra lại giả thiết tw = 29 oC: Độ chênh nhiệt độ mặt tường bao môi trường là: t’ = = = 5,25 oC => Sai số tương đối là: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 22 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh ∆t − ∆t ' ∆t          5,5 − 5, 25 5,5 %= = = 0,0463 = 4,63% => Giả thiết tw = 29 oC chấp nhận Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là: Qxq1 = kt.Fxq1.(tk1 – to) = 0,411.107,1.(60 – 23,5) = 1605 [W] Tính tổn thất nhiệt qua trần hầm Hệ số trao đổi nhiệt từ trần tới không khí bên (tính theo trang 158 – [2]: α2t = 1,3α2 = 1,3.2,86 = 3,71 [W/m2K] Hệ số truyền nhiệt qua trần hầm là: 1 ktr = = = 0, 422 0,1 0,1 1 δt δ + + + + + + α1 λ4 α 2t 14,51 0,7 0, 053 3,71 [W/m2K] Nhiệt độ trung bình không khí kênh gió tính theo trang 158 – [2] là: δt δt o tk2 = t1 = 80 - = 79 C ( = oC, tổn thất nhiệt không khí kênh dẫn khí) Mật độ dòng nhiệt qua trần là: q2 = ktr.(tk2 – to) = 0,422.(79 – 23,5) = 23,44 [W/m2] Tổn thất nhiệt qua trần là: Qtr = q2.Ftr = q2.LN.BN = 23,44.102.2,2 = 5260 [W] Tính tổn thất nhiệt qua hầm Tổn thất nhiệt qua theo trang 158 – [2], với nhiệt độ khí tk1 = 60 oC, giả thiết khoảng cách từ hầm tới tường phân xưởng 2m, tổn thất riêng m2 qn = 36 [W/m2] Vậy tổn thất qua là: Qn = Fn.qn = Ftr qn = 224,4.36 = 8078 [W] => Tổng tổn thất nhiệt môi trường là: Qtt = Qxq1 + Qtr + Qn = 1605 + 5260 + 8078 = 14943 [W] => Nhiệt tổn thất qua trần bay 1kg ẩm tính theo trang 159 – [2]: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 23 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh qtt = = = 130 [kJ/kgẩm] +/ Ta có: Tổng tổn thất (theo trang 159 – [2]) là: = Cn.t0 – (qm + qtr + qtt) = 4,185.23,5 – (433 + 140 + 130) = -605 [kJ/kgẩm] 4.2.2 Trạng thái không khí thực tế khỏi hầm +/ Tính theo công thức trang 159 – [2], ta có: i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1,9.40 = 2652 [kJ/kg] i1 = r + Cpht1 = 2500 + 1,9.80 = 2576 [kJ/kg] d 2' = C pk (t1 − t2 ) + d1 (i1 − ∆ ) => [kgẩm/kgkkkhô] l= i2 − ∆ = 1.(80 − 40) + 0, 02.(2576 − 605) = 0,344 2652 − 605 1 = = 53 d 2' − d 0, 0344 − 0, 020 [kg/kgẩm] => Lượng không khí thực cần cấp 1h: L = W.l = 115.53 = 6060 [kgkkkhô/h] => Entanpy thực không khí khỏi hầm là: I 2' = I1 − ϕ2' = => ∆ 605 = 118 − = 107,1 l 53 d2 ' p 0,0344.1 100% = 100% = (0,622 + d ' ) ps (0,622 + 0,0344).0,07 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 24 [kJ/kgkkkhô] 75,5 % Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Hình 4.1 Đồ thị I_d biểu diễn trình sấy thực +/ Lượng nhiệt cần để bốc 1kg ẩm trình sấy thực (lượng nhiệt tiêu hao) tính theo trang 62 – [2] là: qth = l(I1 – I0) = 53.(118,54 – 62,73) = 2942 [kJ/kgẩm] +/ Lượng nhiệt có ích lúc là: (tính theo trang 163 – [2]) qci = i2 − Cn tv1 = 2652 − 4,18.23,5 = 2554 [kJ/kgẩm] +/ Tổng lượng nhiệt có ích tổn thất tính theo trang 163 – [2], ta có: qt = qtt + qci + qm + qtr = 130 + 2554 + 433 + 140 = 3257 [kJ/kgẩm] 4.3 Tính toán cân nhiệt cho hệ thống +/ Từ tính toán ta có bảng cân nhiệt trình sấy thực bảng 4.1 Bảng 4.1 Bảng cân nhiệt trình sấy thực STT Đại lượng Ký hiệu kJ/kga % Nhiệt lượng có ích qci 2,554 78.42 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 25 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Tổn thất nhiệt vật liệu sấy qm 433 13.29 Tổn thất nhiệt thiết bị truyền tải qtr 140 4.30 Tổng nhiệt tổn thất môi trường qtt 130 3.99 Tổng lượng nhiệt tiêu hao qth 2,942 90.33 Tổng lượng nhiệt có ích tổn thất qt 3,257 100.00 Sai số tương đối CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY LỰA CHỌN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Tính chọn Calorifer 5.1.1 Công suất nhiệt Calorife +/ Nhiệt đưa vào Calorife tính theo trang 175 [2]: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 26 9.67 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Qth = W.qth = 115.2942 = 338214 [kJ/h] +/ Công suất nhiệt Calorife tính theo trang 175 – [2] Qcal = Trong đó: ηc Qth 338214 = = 104,39 3600.ηc 3600.0,9 [kW] hiệu suất nhiệt Calorife, (Chọn ηc = 0,9) 5.1.2 Xác định tiêu hao Calorife +/ Với áp suất ngưng tụ bar, tra theo bảng trang 208 – [6], ta thông số: nhiệt độ bão hòa th = 151,84 oC, nhiệt ẩn hóa r = 2109 kJ/kg => Lượng tiêu hao Calorife tính theo trang 175 – [2] là: Dc = Qc 104,39.3600 = = 178,19 r 2109 [kg/h] 5.1.3 Xác định bề mặt trao đổi nhiệt chọn Calorife +/ Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit tính theo trang 176 – [2] ∆ttb = ∆t1 − ∆t2 (th − t0 ) − (th − t1 ) (151,84 − 23,5) − (151,84 − 80) = = = 97,37 ∆t1 (th − t0 ) (151,84 − 23,5) ln ln ln ∆t2 (th − t1 ) (151,84 − 80) o C +/ Hệ số truyền nhiệt k chọn theo bảng trang 181 – [2] (với lưu tốc không khí ρ.v = kg/m2s ) ta k = 29,1 W/m2K +/ Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính theo trang 176 – [2] là: F= Qth 338214 = = 33,16 k ∆ttb 29,1.97,37 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 27 [m2] Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh +/ Tra bảng trang 182 – [2] ta chọn Calorife K8 kiểu I có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 35,7 m2; phù hợp với diện tích thông gió f = 0,416 m2, trở lực phía Calorife 11,7 mmH2O +/ Các thông số Calorife K8 kiểu I: Chiều dài A: 1250 mm Chiều rộng B: 782 mm Chiều dày C: 200 mm Đường kính ống môi chất vào: 250 mm - 5.2 Tính toán khí động chọn quạt gió 5.2.1 Tính toán khí động +/ Trở lực cục hệ thống bao gồm: trở lực calorife, trở lực ma sát kênh dẫn khí, trở lực cục tiết diện tương ứng chọn bang 5.1, số liệu lấy theo trang 45 – [5] Bảng 5.1: Các trở lực thành phần hầm sấy STT Vị trí Số lượng L m dtd m ζ λ ρ kg/m3 ω m/s Δp Pa Cút tròn 90o - - 0,5 1,196 16,08 154,62 - - 0,33 1,196 3,1 - - Ống khếch tán Calorifer Ống khếch tán ngược - - 0,1 1,029 3,72 7,12 Cút tiết diện chữ nhật - - 0,8 1,029 6,18 15,72 Qua hầm sấy - - 0,97 0,973 1,67 28,17 Ống dẫn tác nhân sấy 0,5 0,65 1,196 16 353,28 Tại vị trí tác nhân sấy vào hầm 0,45 - - 1,029 5,3 6,5 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 28 11,7 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Tại vị trí tác nhân sấy 0,25 - - 0,973 12,59 10 Ống dẫn tác nhân sấy 3 0,65 0,973 242,5 11 Tổng trở lực hầm 834,2 5.2.2 Tính chọn quạt gió +/ Với lưu lượng tác nhân sấy vào V0 = 7534 m3/h trở lực 834,2 Pa, ta chọn quạt Ц 4-70 N06 theo hình 14 trang 196 – [2] có vận tốc góc ω = 120 rad/s vầ hiệu suất η = 0,78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Phú Tính toán thiết kế hệ thống sấy Nhà xuất giáo dục Hà Nội 2002 Hoàng Văn Chước Thiết kế hệ thống thiết bị sấy Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội 2006 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 29 Đồ án kỹ thuật sấy Đặng Trần Thọ Bài giảng môn kỹ thuật sấy Đại học Bách Khoa Hà Nội 2013 Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nhà xuất giáo dục 2009 Đỗ Văn Tài Tính toán thiết kế hệ thống sấy cà rốt – thái lát Đồ án môn học sinh viên nhiệt lạnh K52 Đại học Bách Khoa Hà Nội 2012 Hà Mạnh Thư Bài tập trắc nghiệm kỹ thuật nhiệt Nhà xuất Bách Khoa 2008 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 30 GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh [...]... Hoàng Văn Chước Thiết kế hệ thống thiết bị sấy Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội 2006 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 29 Đồ án kỹ thuật sấy 3 4 5 6 Đặng Trần Thọ Bài giảng môn kỹ thuật sấy Đại học Bách Khoa Hà Nội 2013 Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nhà xuất bản giáo dục 2009 Đỗ Văn Tài Tính toán thiết kế hệ thống sấy cà rốt – thái lát Đồ án môn học sinh viên... nhân sấy vào hầm sấy: 80 oC Nhiệt độ tác nhân sấy ra hầm sấy: 40 oC Thời gian sấy là 168 phút (2 giờ 48 phút) Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: 23% Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: 13% Nhiệt độ vật liệu sấy vào hầm sấy: 23,5 oC Nhiệt độ vật liệu sấy ra hầm sấy: 60 oC Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 12 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 3.1 Tính năng suất sấy. .. nhiều năng lượng để thoát ẩm Nhược điểm  Thiết bị cồng kềnh, phức tạp  Chi phí vận hành cao, người vận hành cần phải có khả năng về chuyên môn  Giá thành thiết bị đắt, giá sản phẩm cao  Phạm vi ứng dụng còn tương đối hẹp 2.2.2 Lựa chọn hệ thống sấy phù hợp Với vật liệu sấy là sắn thái lát dày 6mm, với năng suất 20 tấn/ngày, em chọn hệ thống sấy là hệ thống sấy hầm dùng băng tải Đây là sản phẩm không... trong quá trình sấy  Mức độ hiện đại hóa, tự động hóa chưa cao  Việc vận hành chủ yếu vẫn là thủ công   c, Hệ thống sấy lạnh Hệ thống sấy lạnh là hệ thống có quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy có nhiệt độ thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ môi trường Phương pháp này làm cho ẩm trong vật liệu thải ra môi trường bằng cách làm giảm độ chứa hơi d, dẫn đến phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy giảm theo và... 4.3 Tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống +/ Từ các tính toán trên ta có bảng cân bằng nhiệt quá trình sấy thực như bảng 4.1 Bảng 4.1 Bảng cân bằng nhiệt trong quá trình sấy thực STT Đại lượng Ký hiệu kJ/kga % 1 Nhiệt lượng có ích qci 2,554 78.42 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 25 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh 2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy qm 433 13.29 3 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền... sấy đi ra 3 3 0,65 1 0,973 6 242,5 11 Tổng trở lực của hầm 834,2 5.2.2 Tính chọn quạt gió +/ Với lưu lượng tác nhân sấy đi vào là V0 = 7534 m3/h và trở lực là 834,2 Pa, ta chọn quạt Ц 4-70 N06 theo hình 14 trang 196 – [2] có vận tốc góc ω = 120 rad/s vầ hiệu suất η = 0,78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2 Trần Văn Phú Tính toán và thiết kế hệ thống sấy Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội 2002 Hoàng Văn Chước Thiết kế. .. 2 3 Ống khếch tán Calorifer 4 Ống khếch tán ngược 1 - - 0,1 1,029 3,72 7,12 5 Cút tiết diện chữ nhật 1 - - 0,8 1,029 6,18 15,72 6 Qua hầm sấy 1 - - 0,97 0,973 1,67 28,17 7 Ống dẫn tác nhân sấy 3 0,5 0,65 1 1,196 16 353,28 8 Tại vị trí tác nhân sấy vào hầm 1 0,45 - - 1,029 5,3 6,5 Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 28 11,7 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh 9 Tại vị trí tác nhân sấy ra 3 0,25 -... nhiệt tiêu hao Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 17 = 3702,72 [kJ/kgẩm] Đồ án kỹ thuật sấy Q0 = q0 W = 3702,72.115 = 425599,8 GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh [kJ] CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ QUÁ TRÌNH SẤY THỰC Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 18 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh 4.1 Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị sấy hầm 4.1.1 Xác định chiều rộng B và chiều cao H +/ Theo công thức... 90.33 6 Tổng lượng nhiệt có ích và tổn thất qt 3,257 100.00 7 Sai số tương đối CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY LỰA CHỌN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Tính chọn Calorifer 5.1.1 Công suất nhiệt của Calorife +/ Nhiệt đưa vào Calorife tính theo trang 175 [2]: Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 26 9.67 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh Qth = W.qth = 115.2942 = 338214 [kJ/h] +/ Công suất nhiệt của... dụng quá trình sấy không có hồi lưu +/ Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56 11 Đồ án kỹ thuật sấy GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh +/ Dựạ vào sơ đồ thực nghiệm của vật liệu dày 5mm và 10mm (trong đồ án tốt nghiệp của anh Nguyễn Văn Thuần – K54), ta có thể chọn các thông số của vật liệu dày 6mm (thông qua phép nội suy) như sau: Dày 5mm ∆τ 80 độ (phút) C G7i 180 0.0852 Điện năng tiêu thụ 16.4 (kWh) Kết luận: Dày 10mm