TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG sấy ĐÔNG KHÔ RAU CÔNG SUẤT 1000 KGH (full file đính kèm)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM (Hệ: Đại học quy) Đề tài: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐÔNG KHÔ RAU CÔNG SUẤT 1000 KG/H HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN : NGUYỄN VĂN QUANG LỚP : 05DHTP1 MÃ SỐ SINH VIÊN : 2005140453 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2017 MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY ĐÔNG KHÔ 1.1 Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính 1.1.1 Thế lạnh đông thực phẩm? Lạnh đông thực phẩm làm lạnh thực phẩm xuống dứi nhiệt độ đóng băng Nhiệt độ đóng băng thực phẩm thường thấp 0C vài độ, nhiên thực phẩm tôm, cá, rau củ thường kết đông thẳng xuống tới -180C Các sản phẩm có kích thước lớn lợn nửa con, lợn con, thịt bò 1/4 1/2 sau kết đông thường đạt nhiệt độ -120C đến -180C bề mặt -60C đến -80C tâm thịt Khi bảo quản kho lạnh, nhiệt độ giảm dần hạ xuống đến nhiệt độ bảo quản từ -18 0C đến -250C Một số thực phẩm bảo quản nhiệt độ lạnh kem cốc -350C Mục đích lạnh đơng bảo quản đông thực phẩm nâng cao chất lượng kéo dài thời gian bảo quản đến nhiều tháng chí nhiều năm 1.1.2 Phân loại phương pháp lạnh đông thực phẩm Phương pháp máy lạnh đông thực phẩm: - - - Lạnh đông luồng gió lạnh:  Buồng lạnh đơng (gió kiểu Tunel giá treo, kiểu xe đẩy,…)  Tủ lạnh đơng gió (kiểu liên tục, kiểu theo mẻ,…)  Máy lạnh đông tầng sôi IQF  Máy lạnh đông IQF băng chuyền thẳng  Máy lạnh đông IQF băng chuyền xoắn Lạnh đông kiểu tiếp xúc:  Tiếp xúc kiểu bề mặt tấp lắc:  Máy lạnh đông tiếp xúc kiểu lắc  Máy lạnh đông tiếp xúc kiểu thùng quay  Tiếp xúc kiểu nhúng chìm:  Máy lạnh đơng kiểu nhúng chìm chất tải lạnh kiểu bể Lạnh đơng kiểu phun khí hóa lỏng:  Máy lạnh đông phun nitơ lỏng  Máy lạnh đông phun CO2 lỏng Như theo phương pháp lạnh đông, người ta phân lạnh đơng luồng gió lạnh, lạnh đông tiếp xúc kiểu bề mặt (trên lắc) lạnh đơng tiếp xúc kiểu nhúng chìm lạnh đơng kiểu phun khí hóa lỏng nitơ lỏng, khơng khí lỏng CO2 lỏng… Ngồi theo tốc độ lạnh đơng, người ta phân lạnh đông chậm, lạnh đông chậm, lạnh đông nhanh, lạnh đông nhanh, lạnh đông siêu nhanh (bảng 1) Bảng Tốc độ kết đông Phương pháp kết đông Lạnh đông chậm Lạnh đông chậm Lạnh đông nhanh Lạnh đông nhanh Lạnh đông siêu nhanh Tốc độ kết đơng, cm/h Nhiệt độ gió, 0C Tốc độ gió,m/s Ghi < 0,1 - - 0,1 – 0,5 0,5 – 5 300 - 600 -250C -350C 3–5 Lạnh đơng luồng gió " " Tiếp xúc Phun N2 lỏng Tùy theo công nghệ lạnh đông chia lạnh đông pha hai pha Lạnh đông pha lạnh đông thực phẩm từ nhiệt độ môi trường sau giết mổ (thường lấy 37 0C) trực tiếp xuống nhiệt độ bảo quản đông (-18 0C) Lạnh đông hai pha thực phẩm làm lạnh sơ từ 370C xuống 40C trước đưa vào lạnh đơng đến -18 0C Lạnh đơng pha có ưu điểm hao hụt khối lượng sản phẩm nhỏ, thuận lợi khâu bốc dỡ sản phẩm, thiết bị đơn giản nên ứng dụng nhiều Tùy theo dạng sản xuất chia kiểu kết đơng (bò, lợn, con, 1/2 1/4 con) dạng bánh định hình, hộp tiêu chuẩn ( bánh thịt thăn 0,5kg, thịt nạc 0,5 kg, mỡ 0,5 kg sau sơ chế, tôm bánh 0,5 kg , kg, khay kg, 10 kg…) loại IQF (lạnh đông rời) tôm, cá, đậu Hà Lan, đùi gà…rời Mỗi loại sản phẩm yêu cầu dạng thiết bị làm lạnh đơng riêng Ví dụ: bò, heo 1/2 làm lạnh đông kiểu tunel dây xích treo chuyển động liên tục theo đường ziczắc hầm Các sản phẩm dạng khay, bánh thường làm lạnh đơng tiếp xúc loại tơm, cá phi lê, đùi gà…được lạnh đông máy lạnh đông IQF 1.1.3 Ưu nhược điểm của tốc độ lạnh đông Lạnh đông chậm Thời gian lạnh đông 15 – 20 h, tốc độ lạnh đông khoảng 0,1 đến 0,5 cm/h Nhiệt độ khơng khí khoảng -250C, tốc độ lưu thơng khơng khí khoảng m/s Do thời gian lạnh đông chậm, tinh thể đá kết tinh gian tế bào có kích thước lớn, phá vỡ làm rách màng tế bào, phá hủy mô tế bào sản phẩm Khi làm tan giá dịch bào bị chảy màng tế bào bị rách nên chất lượng sản phẩm giảm giá trị dinh dưỡng, dễ nhiễm trùng Ngày người ta không sử dụng phương pháp lạnh đông chậm để làm lạnh đông thực phẩm, trừ số ứng dụng có mục đích đơng chậm loại thịt dai, già thịt trâu… rau Thịt trâu già kết lạnh chậm, tinh thể đá làm rách màng tế bào, đem nấu thịt mềm dễ ăn Rau cần ép nước, qua lạnh đông chậm, màng tế bào bị phá hủy nên công ép giảm xuống, suất ép có đạt 150% so với rau tươi không qua lạnh đông chậm Lạnh đông nhanh Thời gian lạnh đông nhanh hơn, tốc độ lạnh đông đạt khoảng 0,5 đến cm/h Có thể lạnh đơng nhanh mơi trường khơng khí chất tải lạnh lỏng Lạnh đơng phòng tunel u cầu nhiệt độ khơng khí đạt -35 0C, tốc độ khơng khí đến m/s Các máy lạnh đơng thực phẩm có nhiệt độ đối lưu khơng khí khác Nếu dùng chất tải lạnh, người ta nhúng trực tiếp sản phẩm chất tải lạnh nước muối môi chất lạnh sôi Hiệu thời gian lạnh đông đảm bảo yêu cầu phương pháp lạnh đông nhanh Lạnh đông nhanh làm cho tinh thể đá mịn hơn, không làm rách màng tế bào Khi làm rã đông, sản phẩm không bị chảy dịch bào, đảm bảo chất lượng sản phẩm Lạnh đông cực nhanh Phương pháp lạnh đông cực nhanh thường thực hiện cách nhúng sản phẩm CO2 lỏng, nitơ lỏng khí hóa lỏng khác Thời gian kết đơng – 10 phút, 1/6 so với phương pháp lạnh đông nhanh Tốc độ lạnh đơng có đạt tới 300 cm/h đến 600 cm/h 1.1.4 Một vài tiêu so sánh ba phương pháp lạnh đơng Để lạnh đơng bảo quản loại thực phẩm khác cách tối ưu người ta sử dụng nhiều phương pháp lạnh đông khác với điều kiện tiêu tốn lượng, u cầu diện tích, thời gian lạnh đơng, phương pháp nạp tháo sản phẩm khác Bảng giới thiệu giá trị để so sánh 1.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chính 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm lạnh đông - Chất lượng ban đầu sản phẩm đưa vào lạnh đông - Điều kiện vệ sinh phương pháp gia cơng chế biến Độ chín tới sản phẩm Đối với rau vào thời gian lúc thu hoạch đưa vào làm lạnh đơng Thời gian dài, chất lượng giảm Đối với thịt động vật vào độ chín sinh học thịt Ví dụ bảo quản – 0C thời gian chín sinh học loại thịt sau: Thịt bò – ngày Thịt lợn – ngày Thịt bê – ngày Thịt cừu – ngày ( 16 h 120C – 160C) Lạnh đông luồng không khí lạnh Lạnh đông tiếp xúc 54 410473 Năng suất lạnh yêu cầu tổng thể từ +5Nhiệt tổn thất tổng, kJ/kg đến -180C, kJ/kg hiệt tổn thất cho quạt bơm1)Nhiệt tổn thất qua bao che, kJ/kg 37 159 452410473 136329 37 159377440 _10517 75 125 348410 _7513 368 96 431 8_13 67 117 348410 7582113 Với frêôn lỏng 67 71 97 335398 4813 84 13 _Đến -196-30 _1 ÷ -35-432 ÷ Với nitơ lỏng 97 Trung bình cần _1713 -40 ÷ -450,5 ÷ -35 _-40 ÷ -452 ÷ -30 _-35 ÷ -402 ÷ 3_-35-400,5 ÷ -350,5 ÷ 30-352 ÷ Với nước muối glycol Lạnh đông nhúng phun Bảng 2.Các giá trị so sánh nhu cầu lạnh phương pháp lạnh đông khác dọc Hầm kiểu Hầm tunel tự Sản phẩm rời Kiểu với Kiểu bay tunel chất tải Kiểu dáng động chất tải luồng theo chiều theo chiều ngang khơng khí lạnh nước muối trực tiếp Phương pháp lạnh đông Nhiệt độ bay hơi, 0C trung bìnhNăng suất lạnh đơng, t/h Cá phải kết đơng sau đánh bắt chất lượng kết đơng phụ thuộc vào: 1.2.2 Bao bì bảo quản khơng thấm Q trình lạnh đơng máy lạnh đơng Q trình bảo quản đơng độ ổn định nhiệt độ Quá trình làm ấm sản phẩm (rã đông làm ấm) Hao hụt khối lượng phương pháp giảm hao hụt Hao hụt khối lượng sản phẩm lạnh đông nhiệt độ dàn bay dàn lạnh thấp Do chênh lệch áp suất nước riêng phần nên ẩm sản phẩm bay đến bám vào giàn lạnh dứi dạng băng tuyết Sự dịch chuyển ẩm đặc trưng q trình xử lý lạnh lạnh đơng thực phẩm Hao hụt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác độ chênh lệch nhiệt độ sản phẩm khơng khí lạnh, tốc độ gió, phương pháp lạnh đông, tốc độ lạnh đông… Bảng giới thiệu hao hụt khối lượng các phương pháp lạnh đông khác thịt lợn, thịt bò 1/2 con, 1/4 con, khối lượng 70 ÷ 100 kg/ sản phẩm Để giảm hao hụt khối lượng, nên dùng phương pháp lạnh đơng nhanh pha Ngồi cần thực hiện phương pháp bổ sung khác như: - Bao gói sản phẩm túi nilơng Đối với gà, bao gói túi nilơng xong, người ta hút chân khơng để tránh tạo lớp khơng khí cách nhiệt tiến hành lạnh đơng Khi màng nilơng dính sát lên bề mặt da gà - Tráng băng sau lạnh đông để tạo lớp áo băng sản phẩm sớm tốt Tráng băng gọi mạ băng sản phẩm - Nếu lợn, bò 1/2 con, 1/4 con… cần xếp chặt kho bảo quản, phủ vải bạt tráng băng - Cũng cần ý nhiệt độ bảo quản thấp, độ ẩm cao, đỡ hao hụt Bảng Một số thông số lạnh đông thịt lợn, bò 1/2con, 1/4con khối lượng70÷100kg Phương pháp lạnh đơng Nhiệt độ tâm thịt Hai pha -Chậm -Tăng cường -Nhanh Vào C 4 Một pha -Chậm -Tăng cường -Nhanh 37 37 37 1.3 Khơng khí buồng lạnh đông Thời gian lạnh đông Tổn hao khối lượng Ra C -8 -8 -8 Nhiệt độ C -18 -23 -35 Tốc độ m/s 0,1 ÷ 0,2 0,5 ÷ 0,8 3÷4 h 40 26 16 % 2,58 2,35 2,20 -8 -8 -8 -23 -30 -35 0,1 ÷ 0,2 0,5 ÷ 0,8 1÷2 36 24 20 1,82 1,60 1,20 Các thiết bị mô tả đặc tính của thiết bị 1.3.1 Lạnh đơng luồng gió lạnh 1.3.1.1 Buồn lạnh đông Buồng lạnh đông trang bị giàn lạnh ống cánh quạt gió cưỡng mạnh để tăng cường trao đổi nhiệt sản phẩm không khí giàn lạnh Các dàn lạnh dàn trực tiếp, môi chất lạnh (frêôn amôniắc) sôi ống Thịt bố trí giá treo bố trí xe gng loại 1/2 1/4 Nhiệt độ -350C tốc độ đạt m/s Hình1 Buồng lạnh đơng kiểu gerasimov Hình mơ tả buồng lạnh đông kiểu Gerasimov Buồng trang bị dàn lạnh hàng ống, bố trí khơng trần, tường mà bố trí dãy móc treo thịt Ngoài ra, dọc theo chiều dài buồng, hàng cột người ta bố trí dàn lạnh có quạt gió cưỡng đạt tốc độ gió lưu thơng m/s Hình mơ tả buồng lạnh đông kiểu tunel dùng để lạnh đông thịt nửa (lợn) 1/4 (bò) Trên diện tích m m, người ta bố trí tunel (đường hầm) có đường móc treo thịt Chất tải tháo khí hóa Dọc theo tunel, người ta bố trí khe lưu thơng khơng khí Quạt gió đảm bảo lưu thơng gió cưỡng với tốc độ trung bình đạt ÷ 3,5 m/s Năng suất lạnh đơng buồng khoảng 10 t/ngày đêm Hình2 Buồng lạnh đông kiểu tunel (Nga) Trong kho lạnh chế biến phân phối, người ta sử dụng buồng lạnh đơng với hệ thống làm lạnh khơng khí dùng dàn lạnh tăng cường BOT – 230 Đối với việc lạnh đơng sản phẩm có kích thước nhỏ cá, tơm, hoa với kích thước tương đối đồng đều, người ta bố trí buồng lạnh đông với phương án dùng xe đẩy đặt sản phẩm Kích thước buồng lạnh đơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố loại sản phẩm, phương pháp bố trí dàn quạt, số tầng xe, kích thước sản phẩm Đối với lạnh đơng cá thơng thường lấy theo giá trị định hướng cho bảng Bảng Kích thước định hướng buồng lạnh đông gió theo suất kg/mẻ Năng suất buồng lạnh đơng, Kích thước D × R × C, Dung tích, Hệ số chất tải gv, kg/mẻ mm m3 kg/m3 500 4500 × 2400 × 2800 22 46 2500 4500 × 4500 × 3000 48 104 3500 4500 × 4500 × 3000 58 120 5000 5400 × 5400 × 3000 70 140 Cách nhiệt buồng kiểu panel lắp ghép dày 150 mm xốp polyurethane hệ số dẫn nhiệt 0,020 W/mk, hai bên lớp tôn mạ màu (color bond) dày 0,6 mm có cán sóng Các panel ghép với khóa cam lệch tâm (cam lock) Cách nhiệt buồng làm theo phương pháp truyền thống xây gạch, cách nhiệt, cách ẩm polystirol nhựa đường Loại hình thức khơng đẹp rẻ Cách nhiệt nên cần lưu ý tới ba điều kiện sau đây: - Đảm bảo trọng tải yêu cầu - Chống phồng đóng băng - Đủ độ dày cách nhiệt Với kho lắp ghép panel, để đảm bảo tải trọng cần phải bố trí lớp bê tơng chịu tải đủ dày Để tránh đóng băng phải bố trí ống gió ( 100 ống nhựa ziczăc có hai đầu thơng ngồi để thơng gió) Với kho xây dựng gạch phải có lớp bê tơng chịu lực Để cách nhiệt khơng bị bẹp, phải có dầm gỗ sơn hoắc ín đỡ để tránh đóng băng phải có ống thơng gió phía dứi nên cách nhiệt 1.3.1.2 Tủ lạnh đơng thổi gió Tủ lạnh đơng thổi gió (Air – blast freezer) dạng máy lạnh đơng có suất nhỏ, lạnh đơng luồng gió lạnh, làm việc theo mẻ, sản phẩm đặt khay xe đẩy, theo kiểu rời, khơng đóng thành bánh khn định hình Tủ lạnh đơng gió Searefico (Bộ Thủy Sản) chế tạo bao gồm vỏ tủ cách nhiệt dày 150 mm polyurethane, bên bố trí hệ thống dàn lạnh với quạt gió cưỡng hiệu suất cao giá đặt sản phẩm lạnh đơng Phòng lạnh đơng sản phẩm chia làm hai ngăn loại 100/125 kg, bốn ngăn loại 200/250 kg sáu ngăn loại 300 kg tám ngăn loại 400 kg, ngăn chứa 50 kg 62,5kg có cửa riêng biệt Các ngăn lạnh đông thiết kế độc lập nên hoạt động riêng rẽ quay vòng sản phẩm, thích hợp cho nhà máy vùng nguyên liệu không ổn định thường xuyên thay đổi sản phẩm với kích cỡ chủng loại khác Tủ có hệ thống lạnh riêng mắc nối chung vào hệ thống lạnh có sẵn, mơi chất lạnh R22 amoniac Hình giới thiệu hình dáng kết cấu tủ bảng giới thiệu số đặc tính kỹ thuật tủ 1-giàn lạnh 2-giá xếp khay sản phẩm 3-cửa tủ lề Bảng Một số thông số kỹ thuật của tủ lạnh đơng thổi gió của Searefico Bộ Thủy sản Thông số Đơn vị Năng suất lạnh đông (kg/mẻ) 100 200 300 400 10 2.3.1.1 Hệ số xạ quy dẫn Ta có hệ số quy dẫn tính sau: theo công thức (15-5) [1] Với tương ứng độ đen nguồn xạ vật liệu sấy Ta lấy độ đen tương ứng là: = 0,96 = 0,9 Khi ta có độ đen quy dẫn là: = 0,867 2.3.1.2 Hằng số xạ của vật đen tuyệt đối C0 = 5,67 (W/m2k) 2.3.1.3 Diện tích đốt nóng của bình thăng hoa F1 F1 = qth: nhiệt lượng cần thiết cho trình thăng hoa với giá trị tính phần tính nhiệt thiết bị thăng hoa Giá trị tính phần trước qth = 2283736,093 kJ/h = 634,371 kW Chọn hệ số tính đến dẫn nhiệt đối lưu k = 1,2 Nhiệt độ đốt nóng Tdn = 35 + 273 = 208 K Nhiệt độ thăng hoa Tth = - 10+ 273 = 263 K Độ đen quy dẫn tính mục 0,867 Thay thông số vào ta được: F1 = = 2551,41 (m2) Lấy tròn F1 = 2550 m2 2.3.1.4 Diện tích cần thiết chứa vật liệu sấy F2 Diện tích cần thiết để chưa vật liệu sấy F2 tính theo cơng thức sau: F2 = Trong đó: G’ vật liệu sấy nguyên liệu chứa mét vuông, với vật liệu sấy rau, ta chọn G’ = 1,55 kg/m2 G1 khối lương vật liệu sấy cần sấy, ta có G1 = 4000 kg F2 = = 2580,65 (m2) Ta lấy F2 = 2550 m2 Như lấy G’ = 1,55 kg/m2 diện tích chưa vật liệu sấy diện tích bề mặt đốt nóng xạ F1 = F2 2.3.1.5 Số lượng bình thăng hoa cần thiết Số lượng bình thăng hoa tính theo cơng thức sau: 32 n= đó: - F2 diện tích cần thiết chứa vật liệu sấy, m2 f tổng diện tích khay bình thăng hoa, m2 Tính tổng diện tích khay bình thăng hoa sau: Ta chọn thơng số bình thăng hoa hay khay - Chọn chiều cao khay là1 = 70mm Chiều cao hộp nước nóng = 150 mm Khoảng cách hai khay = 130,, Chiều dài khay l = m Đường kính bình thăng hoa D =5 m Muốn tính số khay bình thăng hoa phải tính tổng chiều cao khay bình Trong đó: + R bán kình bình thăng hoa, m + a chiều rộng hộp chưa vật liệu sấy, m Ta lấy mép hộp chứa nước kẻ đường tới tâm tạo nên góc 45 so với phương nằm ngang Từ ta có chiều rộng hộp chứa nước nóng: a = h = R = 2,5 = 3,5355 (m) lấy: a = h = 3,5 m Tổng số khay bình thăng hoa là: z = = = 10 khay 33 Tổng số diện tích khay bình thăng hoa là: f = z a l = 10 3,5 = 280 (m2) Số bình thăng hoa hệ thống sấy là: n = = = 9,107 Do nên chọn số bình thăng hòa bình 2.3.1.6 Lượng nước nóng cho q trình thăng hoa Gn Gn = , (m3/h) Trong đó: qth nhiệt lượng cần thiết cho trình thăng hoa Cpn nhiệt dung riêng nước, Cpn = 4,1816 kJ/kgK Độ chênh lệch nhiệt độ nước vào khỏi bình thăng hoa tn= 50C Thay thông số vào ta được: Gn = = 109227,86 (kg/h) Ta có = 1000 kg/m3 Do lượng nước nóng cần thiết cho q trình thăng hoa là: Gn = 109,22786 (m3/h) 2.3.1.7 kích thước bình thăng hoa 34 Bình thăng hoa có kích thước: - Đường kính trong: Dt = m Chiều dài: L = 10 m Được làm vật liệu thép khơng gỉ X18H10T a Độ dày thân bình thăng hoa Vật liệu thép không gỉ ( k = 1050.106 N/m2 ; c = 900.106 N/m2 ), tốc độ ăn mòn vật liệu < 0,01 mm/năm (C1 = 0, C2 = ) Áp suất Pmt = 12.106 N/m2, thân liền khơng có lỗ (= 1); thiết bị thuộc loại nhóm II nhóm ( = 1) bảng XIII.2 [5] Ứng suất cho phép theo giới hạn bền xác định theo công thức (XIII.2) bảng XIII.3 [5]: = = 403.106 (N/m2) Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy, theo công thức (XIII.1) bảng XIII.3 [5]: = = 600.106 (N/m2) Dùng kết thứ (bé hơn) để tính tốn Theo điều kiện (XIII.34) ta có: = = 0,003 < 0,4 Cho nên chiều dày S xác định theo công thức (XIII.8) [5]: S= +C= +C Đại lượng bổ sung C xác định theo công thức (XIII.17) [5]: Sai lệch âm gia cơng kích thước Dn theo độ xác cấp n = 1,8 mm; sai lệch dương gia cơng kích thước Dt theo độ xác cấp t = 0,6 mm; độ lệch tâm l = 1,5 mm; đại lượng C3 xác định theo công thức (XIII.36) [5]: C3 = 0,5 (n + t) + l = 0,5 (1,8 + 0,6) + 1,5 = 2,7.10-3 (m) C = C1 + C2 + C3 = + + 2,7.10-3 = 2,7.10-3 (m) Thay vào biểu thức ta được: S = 0,078 (m) Chọn độ dày bình thăng hoa S = 0,08 m = 80 mm b Đáy nắp bình thăng hoa Theo trang 381, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2” [5] ta có: Đáy- nắp bình hình elip có kích thước: ht = 0,25 Dt = 0,25 = 1,25 (m) 35 h d s c Chọn hệ thống ống dẫn cho bình thăng hoa Chọn ống thép khơng gỉ X18H10T (inox) có kích thước: - Ống đẫn hỗn hợp khơng khí – nước có đường kích 90 mm - Ống dẫn nước nóng có đường kính 50 mm 2.3.2 Tính tốn cho bình ngưng – đóng băng Như biết bình ngưng đóng băng thiết bị trao đổi nhiệt dạng chùm ống Phía ngồi ống q trình NH3 bay phía ống hỗn hợp nước – khơng khí, khơng thực hiện q trình ngưng mà có q trình đóng băng Bình ngưng – đóng băng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống, hình trụ đứng có bố trí ống gắn kết với nhờ hai mặt sàn Hỗn hợp nước không khí bơm chân khơng hút từ bình thăng hoa, qua lưới phân phối phía dứi vào ống Amoniac đưa vào mặt sàn chưa đầy không gian ống Tại hỗn hợp nước – khơng khí làm lạnh, hỗn hợp ngưng tụ lại bám vào thành ống, khơng khí khơ qua bơm chân khơng để thải vào khí Ngược lại amoniac lỏng nhận nhiệt hỗn hợp nước – khơng khí để bay qua bình tác lỏng máy nén máy lạnh 2.3.2.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng Các thơng số ban đầu cần thiết: - Sử dụng bình ngưng luân phiên làm việc Trong giai đoạn đầu giai đoạn lạnh đông dùng bình giai đoạn thăng hoa sử dụng bình Như bình lại dùng cho trạng thái xả băng dự phòng Bình ngưng có dạng ống đường kính ống d = 200/216 mm Nhiệt độ ngưng NH3 tk = 35 0C Nhiệt độ vách ống phía NH3 tv0 = -18 0C Nhiệt độ ngưng tụ bão hòa ph = 1,5 mmHg th = -12 0C Nhiệt độ băng tb = -16 0C Nhiệt độ ống trước sau chu kì xả băng t’ = -18 0C, t’’ = 10 0C Nhiệt độ nước tạo thành sau xả băng tn = 0C Nhiệt lượng tỏa bình là: Qnl = = = 1538339,295 (kJ/h) 36 = 427,316 (kW) - Khối lượng ẩm cần giữ lại bình ngưng: W11 = = = 530,52 (kg/h) Đây toán truyền nhiệt qua vách ngăn hỗn hợp nước khơng khí ống với amoniac sơi ngồi ống Khi gọi F diện tích bề mặt truyền nhiệt, k hệ số truyền nhiệt t độ chênh lệch nhiệt độ trung bình hai dịch thể phương trình truyền nhiệt có dạng: Qn = k F t, (W) Ta có k hệ số truyền nhiệt Vì ống mỏng = mm chiều dày lớp băng nhỏ (5 – 8) mm nên tính tốn bình ngưng đóng băng xem tốn truyền nhiệt toán truyền nhiệt qua vách phẳng Do hệ số truyền nhiệt bằng: k = , (W/m2K) Theo cơng thức (15-11) [1] Trong đó: - Hệ số 1, tương ứng hệ số trao đổi nhiệt sôi NH ngưng nước lớp băng đóng mặt ống Các hệ số tỉ số , tương ứng chiều dày hệ số dẫn nhiệt vách ống lớp băng Như để xác định hệ số trao đổi nhiệt k cần tính hệ số trao đổi nhiệt 1, a Xác định hệ số trao đổi nhiệt sôi của NH3 với vách ống Hệ số trao đổi nhiệt hệ số trao đổi nhiệt sôi amoniac với vách nóng tính theo công thức thực nghiệm xác định trao đổi nhiệt sơi giới thiệu giáo trình truyền nhiệt giáo trình kỹ thuật lạnh thiết bị trao đổi nhiệt Ta có cơng thức thực nghiệm tính tốn hệ số trao đổi nhiệt sau: Theo công thức (15-12) [1]: = 4,2 (1 + 0,007.tv0) q0,7 , (kcal/m2hK) Trong đó: - tv0 nhiệt độ vách, 0C q mật độ dòng nhiệt, kcal/m2 Nếu q, tương ứng W/m2 W/m2.K ta có, theo cơng thức (15-13) [1]: = 4,395 (1 + 0,007.tv0) q0,7 , (kcal/m2hK) Như để tính phải chọn sơ mật độ dòng nhiệt q sau kiểm tra lại giá trị sau tính bề mặt truyền nhiệt Ta chọn sơ mật độ dòng nhiệt q = = 603 (kJ/m2.h) = 167,5 (W/m2) Thay thông số biết vào công thức ta được: = 4,395 {1 + 0,007 (-18)} 167,50,7 = 138,45 (W/m2K) b Xác định hệ số trao đổi nhiệt 37 Có thể xác định hệ số trao đổi nhiệt theo công thức thực nghiệm ngưng nước Tuy nhiên không ngưng túy mà nước hỗn hợp khí – Theo công thức thực nghiệm (15-14) [1]: = , (kcal/m2hK) Trong đó: - hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp khí hơi, kcal/mhK q’ cường độ ngưng tụ, kg/m2h g gia tốc trọng trường, m/s2 độ nhớt động học hơi, kg.s/m2 tbh nhiệt độ bảo hòa hơi, K tb nhiệt độ bề mặt làm lạnh hay nhiệt độ bề mặt băng, K Nếu tính hệ chuẩn với (W/mk) (W/m2k) cơng thức có dạng: Theo cơng thức (15-15) [1]: = 6,568.10-4 , (W/m2K) Để xác định ta chọn sơ cường độ ngưng tụ sau kiểm tra lại Ta chọn q’ = 0,325 kg/m2h Nhiệt độ bảo hòa hơi: tbh = 273 – 12 = 261 (K) Nhiệt độ bề mặt lạnh hay nhiệt độ bề mặt băng: tb = 273 – 16 = 257 (k) Thay thông số vào công thức ta được: = 6,568.10-4 = 41,87 (W/m2K) c Xác định hệ số trao đổi nhiệt bình ngưng Chiều dày ống: = 0,5 (Dn – Dt) = 0,5 (216 – 200) = (mm) Hệ số dẫn nhiệt thép lấy theo [1]: = 39 kcal/mhK = 45,357 W/mK Chiều dày băng lấy bằng: = mm Hệ số dẫn nhiệt băng lấy: = 1,935 kcal/mhk = 2,250 W/mK Thay số vào ta hệ số truyền nhiệt bình ngưng là: K = = 29,85 (W/m2K) d Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình t = th – t0 = -12 – (-20) = 0C e Diện tích truyền nhiệt của bình ngưng F = = = 1789,43 (m2) 38 f Kiểm tra lại giá trị q q’ - kiểm tra lại mật độ dòng nhiệt: q = = = 238,8 (W/m2) Sai số tương đối = 42,56 % ( sai số tương đối lớn) - Kiểm tra lại cường độ ngưng tụ: q’ = = 0,296 (kg/m2h) Sai số tương đối = 8,9 % ( sai số tương đối lớn) Do sai số mật độ dòng nhiệt cường độ ngưng tụ ẩm tương đối lớn nên chọn lại giá trị để tính lại diện tích g Tính lại diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng - Tính lại hệ số trao đổi nhiệt 1: Chọn mật độ dòng nhiệt q11 = 245 W/m2 Ta có: - 11 = 138,45 = 180,68 (W/m2K) Tính lại hệ số trao đổi nhiệt 2: Ta chọn cường độ ngưng tụ ẩm nên = 41,86 W/m2K - Thay thông số vào công thức tính hệ số truyền nhiệt ta được: K = = 31,4244 (W/m2K) - Tính lại diện tích F F = = 1700 (m2) - Kiểm tra lại mật độ dòng nhiệt: q = = 251,36 (W/m2) Sai số tương đối là: = 2,6 % - Kiểm tra lại cường độ ngưng tụ: q’ = = 0,312 (W/m2) Sai số tương đối là: = % Do sai số tương đối nhỏ nên tính tốn chấp nhận 2.3.2.2 Tính chiều dài của ống bình ngưng tụ ẩm Vì ta chọn đường kính ống bình ngưng tụ ẩm 200/216 mm nên diện tích truyền nhiệt mét ống tính sau: f = D l = 3,14 216.10-3 = 0,67824 (m2) Ta có tổng chiều dài ống bình ngưng tụ ẩm là: L = = = 2506,5 (m) Ta chọn số ống theo hàng ngang đường chéo lớn lục giác 21, tổng số ống 331 ống 39 Chiều dài ống: l = = = 7,5725 (m) Chọn chiều dài ống là: l = 7,6 m Các ống bố trí bề mặt sàn có hình lục giác Bước ống xác định theo công thức kinh nghiệm Theo sách Thiết bị trao đổi nhiệt [6] ta có: S = (1,24 – 1,45) da Trong đó: da đường kính ngồi ống Chọn: S =1,24 da Thay da = 216 mm vào công thức ta được: S = 1,24 216.10-3 = 0,26784 (m) Đường kính mặt sàn: Ds = m S, (m) Với m số ống đường chéo lớn lục giác đều, m = 21 ống Ds = 21 0,26784 = 5,62464 (m) Đường kính bình phải chọn lớn đường kính mặt sàn nên ta chọn: - Đường kính bình ngưng: Dt = 5,7 m Đường kính ngồi bình ngưng: Dn = 5,78 m Chiều dày = 0,08 m = 80 mm Chiều dài phần thân trụ bình ngưng: H = 10 m 2.3.2.3 Tính đáy – nắp chọn hệ thống ống cho bình thăng hoa - theo trang 381, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2” [5] ta có: h d s Đấy- nắp bình hình elip có kích thước: h = 0,25 d, (m) với d đường kính bình ngưng ta có: h = 0,25 5,7 = 1,425 (m) 40 - chọn ống: + ống dẫn amoniac loại ống thép X18H10T (inox) có đường kính 50 mm + ống đẫn hỗn hợp khơng khí – ẩm loại ống thép X18H10T (inox) có đường kính 90 mm 41 2.4 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị 2.4.1 Sơ đồ thiết bị 42 5 1.Bình thăng hoa; 2.Van; 3.Xyfon; 4.Bể chứa nước nóng; 5.Bình ngưng đóng băng; 6.Bình tách lỏng; 7.Giàn ngưng amoniac; 8.Bình chứa amoniac; 9.Máy nén; 10.Bơm chân không; 11.Động điện; 12.Bơm nước; 13.Phin lọc; 14.Tấm gia nhiệt; 15.Chân không kế; 16.Van điều chỉnh; 17 Khay chứa vật liệu sấy; 18.Tấm gia 1 nhiệt lưới; 19.Bộ điều chỉnh nhiệt 43 2.4.2 Giải thích thiết bị Ở vật liệu sấy làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp kho lạnh sâu, thường từ (-10 đến –15) 0C đưa vào bình thăng hoa (1) Bình thăng hoa mặt nối với bơm chân khơng (10) qua bình ngưng – đóng băng (5) Bình ngưng đóng băng (5) làm lạnh máy lạnh amoniac gồm máy nén (9), giàn ngưng (7), bình tách lỏng (6) bình chưa amoniac (8) Nhờ bình ngưng – đóng băng (5) mà ẩm từ vật liệu sấy tác dứi dạng băng để máy hút chân không (10) làm việc với khơng khí khơ Điều khơng tạo cho bơm chân khơng làm việc nhẹ nhàng mà theo tính tốn thực tế chi phí điện cho hệ thống giảm Mặt khác, bình thăng hoa (1) nối với hệ thống cung cấp nước nóng từ bình chứa (4) làm nguồn gia nhiệt cho vật liệu sấy Như vậy, thiết bị hệ thống sấy thăng hoa gồm bình thăng hoa (1), bình ngưng đóng băng (5), bơm chân khơng (10) máy lạnh với thiết bị: bình tách lỏng (6), giàn ngưng (7), bình chứa tác nhân lạnh (8), máy nén (10) Do đó, tính tốn nhiệt hệ thống sấy thăng hoa tính tốn diện tích truyền nhiệt bình thăng hoa (1) bình ngưng đóng băng (5) 44 2.5 Tài liệu tham khảo [1] Trần Văn Phú Tính tốn thiết kế hệ thống sấy Nhà xuất giáo dục 2011 [2] Nguyễn Đức Lợi Hướng đẫn thiết kế hệ thống lạnh Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 [3] Bùi Hải, Trần Thế Sơn Bài tập nhiệt động truyền nhiệt kỹ thuật lạnh Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1997 [4] Lê Bá Chính Tổng luận phương pháp bảo quản thực phẩm Hà Nội 1990 [5].Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tái lần thứ năm 2006 [6].TS.Bùi Hải – TS.Dương Đức Hồng – TS.Hà Mạnh Thư.Thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tái lần thứ 2001 45 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) 46 ... http://www.jbtfoodtech.com/ 20 PHẦN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƠNG KHƠ RAU CƠNG SUẤT 1000 KG/H 2.1 Các thơng số ban đầu lựa chọn tiêu chuẩn Trong q trình tính tồn thiết kế hệ thống sấy, phần tính tốn nhiệt... nhanh, lạnh đông nhanh, lạnh đông siêu nhanh (bảng 1) Bảng Tốc độ kết đông Phương pháp kết đông Lạnh đông chậm Lạnh đông chậm Lạnh đông nhanh Lạnh đông nhanh Lạnh đông siêu nhanh Tốc độ kết đơng,... trình sấy phần quan trọng q trình thiết kế Sau tính tốn nhiệt tính tốn chọn thiết bị cần thiết cho hệ thống sấy máy lạnh, bơm chân khơng, tính kích thước bình thăng hoa, bình ngưng tụ ẩm thiết