tính toán thiết kế chế tạo hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp điện trở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ĐIỆN TRỞ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2011 - 42 S KC 0 3 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP ĐIỆN TRỞ MÃ SỐ: T2011- 42 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TP Hoà Chí Minh, 2011 MỤC LỤC MỤC LỤC Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu: 1.4 Giới hạn nghiên cứu: Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM BẰNG BƠM NHIỆT 2.1 Các phƣơng pháp sấy nông sản thực phẩm: 2.2 Bơm nhiệt sấy nông sản thực phẩm: Chƣơng 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY BƠM NHIỆT 3.1 Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt: 3.2 Mô hình máy sấy: 37 Chƣơng IV: KẾT LUẬN 40 4.1 Kết luận: 40 4.2 Đề nghị: 40 TÀI KIỆU THAM KHẢO 41 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Sấy trình công nghệ sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Trong công nghiệp chế biến nông lâm, hải sản kỹ thuật sấy đóng vai trò đặc biệt quan trọng Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới với gần 80% dân số làm nghề nông nên loại nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú có sản lượng lớn Vì vậy, nghiên cứu phát triển công nghệ sấy loại nông sản thực phẩm coi nhiệm vụ chiến lược nghiệp phát triển kinh tế Trước đây, nông sản thực phẩm phơi ánh nắng mặt trời nên sản phẩm thu thường có chất lượng thấp, thời gian phơi sấy lâu bị phụ thuộc vào thời tiết Công nghệ sấy phát triển cho phép tạo sản phẩm có giá trị chất lượng cao Một công nghệ sấy nhiều nước giới nói chung Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu sấy bơm nhiệt nén Trên sở kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tác giả tiến hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm máy sấy lạnh Mục đích nghiên cứu đưa phương pháp chung để xác định chế độ sấy tiến tới xây dựng thư viện chế độ sấy bơm nhiệt với loại nông sản thực phẩm 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đưa mô hình thiết bị sấy bơm nhiệt giúp sinh viên chuyên ngành ứng dụng lý thuyết học vào mô hình thực tế 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống sấy bơm nhiệt nhiệt độ thấp kết hợp điện trở 1.4 Giới hạn nghiên cứu: Trong phạm vi đề tài “Nghiên cứu chế tạo máy sấy bơm nhiệt kết hợp điện trở”, tác giả tập trung đưa thể thức nghiên cứu lý thuyết chế tạo mô hình thực nghiệm Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM BẰNG BƠM NHIỆT Có nhiều NSTP hoa quả, rau, gia vị, thảo mộc sấy Theo thống kê chưa đầy đủ cña FAO ( tổ chức lương thực nông nghiệp liên hợp quốc) khoảng 20% tổng sản lượng rau giới sấy, 50% dïng tươi, 20% bảo quản lạnh, 5% đóng lon 5% muối chua Nhu cầu tiêu thụ nông sản thực phẩm giới tăng gấp lần so với năm 80, sản lượng tăng theo để đáp ứng nhu cầu đó, thế, việc sấy nông sản thực phẩm để bảo quản lâu vận chuyển buôn bán ngày quan tâm Có nhiều phương pháp dùng để sấy NSTP, sau tìm hiểu số phương pháp thường dùng 2.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP SẤY NÔNG SẢN THỰC PHẨM Dựa vào trạng thái tác nhân sấy hay cách tạo động lực trình dịch chuyển ẩm khỏi vật liệu ẩm mà có hai phương pháp sấy:  Phương pháp sấy nóng  Phương pháp sấy lạnh Phương pháp sấy lạnh - Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh áp suất nước VLS TNS cách giảm phân áp suất nước TNS Ph nhờ giảm độ chứa ẩm d Mối quan hệ thể theo công thức: B.d Ph = 0,621  d Trong đó: B: áp suất môi trường (áp suất khí trời) - Khi đó, ẩm vật liệu dịch chuyển bề mặt từ bề mặt vào môi trường nhiệt độ môi trường (t > oC) nhỏ oC - Phương pháp sấy lạnh phân loại sau:  HTS lạnh nhiệt độ t > oC: - Với hệ thống sấy này, nhiệt độ VLS nhiệt độ TNS xấp xỉ nhiệt độ môi trường, TNS thường không khí Trước hết, không khí khử ẩm phương pháp làm lạnh máy khử ẩm hấp phụ Sau đốt nóng làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu cho qua VLS Khi đó, phân áp suất nước TNS bé phân áp suất nước bề mặt VLS nên ẩm từ dạng lỏng bay vào TNS Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm lòng VLS từ bề mặt vật vào môi trường HTS lạnh giống loại HTS nóng Điều khác cách giảm phân áp suất nước Ph TNS Trong HTS nóng đối lưu người ta giảm Ph cách đốt nóng TNS (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối  Còn HTS lạnh có nhiệt độ TNS nhiệt độ môi trường chẳng hạn, người ta tìm cách giảm phân áp suất nước TNS cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với trình làm lạnh (sau khử ẩm hấp phụ) đốt nóng (sau khử ẩm làm lạnh)  HTS thăng hoa: HTS thăng hoa HTS lạnh mà ẩm VLS dạng rắn trực tiếp biến thành vào TNS Trong HTS người ta tạo môi trường nước VLS điểm thể, nghĩa nhiệt độ vật liệu T105 thì: λ = 0,0032 + 0,221.Re-0,237= 0,0032 + 0,221.[ 0,346.105]-0,237 Pms    Vậy:  l   5,75 1,0765 82  0,0218 = 53,97 mmH2O d 0,08 Tổn thất cục Pcb + Gồm có cút ống ngoặt dòng 900 theo bảng 14.4 trang 148 ta có  = 0,5 -Tổn thất cục đƣợc tính theo công thức: Pcb     2  9.0,5 1,0765 = 15,8 mmH2O 2.9,81  Vậy tổng tổn thất đường ống gió: 35 P1 = Pms + Pcb = 53,97 + 15,8 = 69,77 mmH2O c Tổn thất qua thiết bị hệ thống -Tính P2 : trở lực thiết bị lọc bụi, buồng xử lý không khí, buồng sấy.Trở lực thiết bị lọc bụi tùy theo kiểu lọc bụi khác mà trở lực khác Trong hệ thống mật độ bụi không nhiều nên ta chọn thiết bị lọc bụi đơn giản lọc bụi kiểu lưới Trở lực lưới lọc nằm khoảng 30  40 Pa Ta chọn trở lực lưới sử dụng hệ thống sấy 35 Pa = 3,57 mmH2O Trở lực buồng sấy phụ thuộc vào kiểu buồng sấy, cách bố trí sản phẩm sấy, mật độ sấy… mà trở lực buồng sấy lớn hay nhỏ người ta xác định trở lực theo kinh nghiệm, hệ thống sấy chọn trở lực buồng sấy 5mmH2O Vậy P2  3,57   8,57 mmH2O  Như tổng tổn thất trở lực hệ thống là: P  P1  P2  69,77  8,57  78,34 mmH2O d Chọn quạt Ta có suất quạt N là: N k V P 3600.102.. q ; kW Trong đó: V - lưu lượng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy, m3/h P - tổng cột áp quạt phải thực hiện, mmH2O k - hệ số dự phòng, k =(1,1  1,2).Chọn k = 1,1  q - hiệu suất quạt,  q  (0,4  0,6) Chọn q =0,6   1,293 kg / m - khối lượng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn   1,1105kg / m3 - khối lượng riêng không khí nhiệt độ trung bình TNS Thay số N  1,1 0,235 3600 1,293 78,34  0,37 kW 3600 102 1,147 0,6 Từ suất quạt N, lưu lượng V cột áp P Ta chọn quạt ly tâm áp suất thấp kiểu CF4-72 Đặc tính kỹ thuật loại quạt  Loại đường kính guồng cánh 280mm  Tốc độ: 2800 - 3200 vòng/phút  Lưu lượng: 14 - 16 m3/phút  Áp suất: 118 - 167 Pa  Công suất: N = 0,4 kW 36 3.2 MÔ HÌNH MÁY SẤY: Hình 10: Máy sấy khảo nghiệm  Cấu tạo: Máy sấy làm việc vớinăng suất kg/mẻ, có công suất tổng 8.4 kW, tác nhân sấy ngang khay Buồng sấy gồm khay hình chữ nhật có kích thước dài x cao x rộng = 400x300x350, mặt sàn khay sấy làm lưới thép Bề buồng sấy ống dẫn khí bọc cách nhiệt xốp cách nhiệt Tác nhân sấy lưu thông nhờ quạt ly tâm(1) đặt sau buồng sấy Bộ phận bơm nhiệt gồm máy nén có công suất 1,89kW, quạt, dàn bay dàn ngưng Dàn ngưng chia làm dàn( dàn ngưng dàn ngưng phụ) Dàn ngưng dùng để gia nhiệt cho tác nhân sấy, công suất dàn ngưng lớn có dư thừa nhiệt nên phải đưa ngoài.Trước dàn lạnh có gắn quạt(5) thổi làm tăng vận tốc sấy Máy sấy gắn thêm điện trở, điện trở có công suất 2kW/h Vị trí lắp đặt bố trí cụ thể qua hình 11 37 Nguyên lý hoạt động Hình 11: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý máy sấy bơm nhiệt dùng để sấy thí nghiệm 1.Quạt ly tâm 2.Dàn lạnh 3.Dàn nóng phụ 4.Quạt dàn nóng phụ 5.Quạt thổi 7.Dàn nóng 8.Van chặn 6.Máy nén 9.Hộp điện 10.Điện trở 11.Ống dẫn 13.Buồng sấy 14.Bóng đèn 15.Khay đựng VLS 17.Van khí thoát 18.Van hồi lưu 19.Van hút khí 12.Lưới phân bố gió 16.Van chặn  Nguyên lý hoạt động: Van (16),( 17), (19) đóng, van (8), (18) mở Quạt (1) hút không khí ẩm VLS buồng sấy thổi vào dàn lạnh (2), dòng không khí ẩm qua dàn lạnh ngưng tụ thành nước, nước đưa theo máng dẫn Dòng không khí tiếp tục tục vào dàn nóng (7) qua điện trở (10) để gia nhiệt lên đến nhiệt độ yêu cầu Dòng không khí có nhiệt độ cao, ẩm độ thấp vào buồng sấy nhận ẩm từ VLS nhờ quạt đẩy đến dàn lạnh tách ẩm Như TNS tuần hoàn 100% ẩm VLS ngưng tụ dàn lạnh đưa qua máng dẫn làm carot giảm ẩm dần khô  Thông số làm việc máy sấy khảo nghiệm:  Năng suất 8kg/mẻ gồm khay  Công suất thiết bị: Máy nén 0,8 kW, quạt 0,7 kW, điện trở 2*2 kW  Công suất tổng: 5,5 kW 38 Chƣơng IV: KẾT LUẬN I Kết luận: Đây mô hình sấy bơm nhiệt hoàn thiện, sấy loại vật liệu rau, củ… nông sản, với nhiệt độ sấy điều chỉnh II Đề nghị: Những nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học hoàn toàn áp dụng trình thực tập sinh viên chuyên ngành 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Phú - Tính toán thiết kế hệ thống sấy.Nhà xuất Giáo Dục Trần Văn Phú - Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Văn May - Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Năm 2001 Nguyễn Đức Lợi - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh.Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 40 [...]... 1,25 KW  3.1.6 Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt  Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất a Chọn môi chất nạp So sánh khả năng ứng dụng rộng rãi và ưu điểm nổi bật của các môi chất nhiệt ta chọn R22 làm môi chất lạnh cho bơm nhiệt b Nhiệt độ ngưng tụ Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên môi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy Gọi tw2 là nhiệt độ không... toàn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn nhất Tức là: G = max(G0, Gk) = G0 = 0,015 kg/s  Khi đó công suất dàn ngưng của bơm nhiệt sẽ là: Qk’ = G.(i2 – i3) = 2,04  Công suất nhiệt sẽ thừa một lượng là: Qk = Qk’ – Qk = 2,04– 1,79=0,25 kW b) Công tiêu thụ của máy nén: L = G(i2 – i1) = 0,015.(445,83– 404,93) =0.61 kW c) Hệ số nhiệt của bơm nhiệt: Do sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số nhiệt của bơm nhiệt. .. đó : + Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy + Qbs - Nhiệt lượng bổ sung Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Qbs = 0 + Q1 = - WCmtm1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào + G2Cm.(tm2 – tm1) = Qm - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra + Q5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che + Gvc.Cvc.(tm2 – tm1) = Qvc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận... nguyên lý của máy sấy bơm nhiệt Nguyên lý làm việc Hơi môi chất sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được đưa vào thiết bị hồi nhiệt, nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt 1` Hơi quá nhiệt này được hút về máy nén và được nén đoạn nhiệt trong máy nén từ áp suất bay hơi p0 lên áp suất ngưng tụ pk Hơi cao áp 2 đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho tác nhân sấy, ngưng tụ thành... thiết bị buồng sấy - Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy: t1 =80 0C - Ta chọn  = 4,5 m/s  Thông số không khí sau khi ra khỏi thiết bi buồng sấy - Thông số không khí sau khi ra khỏi thiết bị buồng sấy phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của không khí để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy Từ điểm O(270C;74%) trên đồ thị I-d ta dóng theo đường d = const ta có ts = 210C - Nhiệt độ tác nhân sấy. .. Nel = (1,1  1,15)Ne Chọn Nel = 1,2Ne = 1,2.0,8 = 0,96 kW - Công suất động cơ điện lắp đặt: Ndc = (1,1 – 1,5).Nel Chọn: Ndc = 1,2.Nel = 1,2.0,96 = 1,512 kW 3.9.7 Tính toán trở lực và chọn quạt a Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy -Theo sơ đồ bố trí của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn không khí từ quạt vào buồng sấy Diện tích mặt cắt được xác định theo công thức : F V  , m2 - F : Diện tích... + Nhiệt độ tác nhân sấy khi vào buồng sấy: tf1= 450C + Nhiệt độ bên trong buồng sấy: tf2 = t 2  t3 45  25  = 350C 2 2 - Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày  = 3mm.Tra bảng phụ lục V/trang (271)/3/, ta có hệ số dẫn nhiệt  = 46 W/mK - Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức: Q5 = K.F.t , W Trong đó: + F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m2 Hình 5: Bề dày vách buồng sấy. .. nhân sấy sau thiết bị sấy được chọn sao cho nó phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương Ta chọn t = 40 0C  Thời gian sấy: chọn T = 6 h  Năng suất máy sấy: 8kg/mẻ 2) Tính toán kích thước buồng sấy - Thể tích buồng sấy: Kích thước buồng sấy : - Dài:0.4m - Rộng:0.3m - Cao :0.35m - Thể tích hữu dụng Vh = Gb , m3  m K V Trong đó: + carot: Khối lượng riêng của vật liệu sấy, carot=944 kg/m3 + KV: Hệ số điền đầy... + qm) =  - Tổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm  Suy ra l(I3’ – I2) =  hay I3’ = I2 + /l Tính :  Tổn thất nhiệt ra môi trƣờng q5 + Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: tf = t0 = 27 0C + Nhiệt độ bên trong buồng sấy: tf2 = t1  t 2 80  40  = 60 0C 2 2 - Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày  = 3mm.Ta có hệ số dẫn nhiệt  = 46 W/mK - Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức: Q5... W  Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm Qm = G2.Cm(tm2 – tm1), kJ Trong đó: Ccarot = 3,82 kJ/kgK – Nhiệt dung riêng của carot + Nhiệt độ vật liệu sấy vào: tm1 = 27 0C + Nhiệt độ vật liệu sấy ra: tm2 = 40 0C Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi: Qm= 0,9.3,82.(40 - 27) =44,694 kJ  Suy ra: qm = Qm 44 ,694 = = 6,29 kJ/kga 7,1 W  Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc -Khay sấy được làm bằng