TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG sấy ĐÔNG KHÔ RAU CÔNG SUẤT 1000 KGH

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 PHẦN 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? .5 1.1.2 Phân loại phương pháp lạnh đông thực phẩm 1.1.3 Ưu nhược điểm của tốc độ lạnh đông .6 1.1.4 Một vài tiêu so sánh ba phương pháp lạnh đông 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 1.2.2 Hao hụt khối lượng phương pháp giảm hao hụt 1.3 Các thiết bị mô tả đặc tính của thiết bị 1.3.1 Lạnh đơng luồng gió lạnh 10 1.3.1.1 Buồn lạnh đông 10 1.3.1.2 Tủ lạnh đơng thổi gió 12 1.3.1.3 Máy lạnh đông tầng sôi 13 1.3.1.4 Máy lạnh đông băng chuyền xoắn IQF 14 1.3.1.5 Máy lạnh đông băng chuyền thẳng 15 1.3.2 Lạnh đông tiếp xúc 17 1.3.2.1 Máy lạnh đông tiếp xúc kiểu lắc 17 1.3.2.2 Máy lạnh đông tiếp xúc kiểu thùng quay .18 1.3.3 Lạnh đơng khí hóa lỏng phun 19 1.4 Các hãng có thiết bị tương ứng (nếu có) 19 1.5 Ứng dụng chế biến thực phẩm 20 1.5.1 Trong nông sản thực phẩm 20 1.5.1.1 Chế biến dứa lạnh đông .20 1.5.1.2 Chế biến dừa lạnh đông .20 1.5.1.3 Chế biến nhãn lạnh đông .20 1.5.1.4 Xồi lạnh đơng .20 1.5.1.5 Vải lạnh đông 20 1.5.2 Lạnh đông số thủy sản .20 1.5.2.1 Chế biến tôm đông lạnh .20 1.5.2.2 Chế biến cá đông lạnh 20 1.5.2.3 Chế biến mực đông lạnh 21 1.5.3 Chế biến lạnh đông thịt, sữa sản phẩm từ sữa 21 1.5.3.1 Chế biến lạnh đông thịt sản phẩm từ thịt 21 1.5.3.2 Lạnh đông sữa sản phẩm từ sữa 22 1.6 Các tài liệu tham khảo website .22 PHẦN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐÔNG KHÔ RAU CÔNG SUẤT 1000 KG/H 23 2.1 Các thông số ban đầu lựa chọn tiêu chuẩn 23 2.1.1 Tính toán lượng ẩm cần thiết cho giai đoạn sấy 23 2.1.2 Tính tốn lượng nhiệt cho q trình sấy 24 2.1.2.1 Tính toán nhiệt bình thăng hoa .24 2.1.2.2 Nhiệt lượng cần thiết giai đoạn thăng hoa 25 2.1.2.3 Nhiệt lượng cần thiết giai đoạn bay ẩm dư .25 2.1.2.4 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho trình sấy .25 2.1.3 Tính toán nhiệt tỏa bình ngưng đóng băng 25 2.1.4 Tính toán chọn máy lạnh cho hệ thống sấy 26 2.1.4.1 Chọn thông số của chế độ làm việc 26 2.1.4.2 Chu trình máy lạnh 27 2.1.4.3 Chọn giàn ngưng cho máy lạnh 30 2.2 Sơ đồ công nghệ giải thích công nghệ .32 2.2.1 Sơ đồ công nghệ 32 2.2.2 Giải thích sơ đồ công nghệ 32 2.3 Tính toán cho thiết bị chính 33 2.3.1 Tính tốn bình thăng hoa 33 2.3.1.1 Hệ số xạ quy dẫn .34 2.3.1.2 Hằng số xạ của vật đen tuyệt đối .34 2.3.1.3 Diện tích đốt nóng của bình thăng hoa F1 34 2.3.1.4 Diện tích cần thiết chứa vật liệu sấy F2 34 2.3.1.5 Số lượng bình thăng hoa cần thiết 35 2.3.1.6 Lượng nước nóng cho q trình thăng hoa Gn 36 2.3.1.7 kích thước bình thăng hoa 37 2.3.2 Tính toán cho bình ngưng – đóng băng .38 2.3.2.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng 38 2.3.2.2 Tính chiều dài của ống bình ngưng tụ ẩm .42 2.3.2.3 Tính đáy – nắp chọn hệ thống ống cho bình thăng hoa .42 2.4 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị .44 2.4.1 Sơ đồ thiết bị .44 2.4.2 Giải thích thiết bị .45 2.5 Tài liệu tham khảo .46 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) 47 PHẦN 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 của 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 của lạnh đông 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 đơng 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 đơng phun nitơ lỏng  Máy lạnh đông phun CO2 lỏng Như theo phương pháp lạnh đơng, người ta phân lạnh đơng luồng gió lạnh, lạnh đơng 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… Ngoài theo tốc độ lạnh đơng, người ta phân lạnh đơng 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 đông, 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 đông 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 đông 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 không khí khoảng -250C, tốc độ lưu thông không 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 cơng 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 không khí chất tải lạnh lỏng Lạnh đông phòng tunel u cầu nhiệt độ khơng khí đạt -35 0C, tốc độ không khí đến m/s Các máy lạnh đơng thực phẩm có nhiệt độ đối lưu không 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 của 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 của 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 đơng 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 đông 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, yêu cầu diện tích, thời gian lạnh đông, 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 của sản phẩm đưa vào lạnh đông - Điều kiện vệ sinh phương pháp gia công chế biến - Độ chín tới của sản phẩm Đối với rau vào thời gian lúc thu hoạch đưa vào làm lạnh đông Thời gian dài, chất lượng giảm Đối với thịt động vật vào độ chín sinh học của thịt Ví dụ bảo quản – 20C thời gian chín sinh học của loại thịt sau: Thịt bò – ngày Thịt lợn – ngày Thịt bê – ngày Thịt cừu – ngày ( 16 h 120C – 160C) Kiểu dáng Phương pháp lạnh đông dọc Hầm kiểu tunel chất tải theo chiều 1)Nhiệt tổn thất qua bao che, kJ/kg 473 54 159410 473 13 63 29 37 37 159 377 440 _ 105 17 75 125 348 410 _ 75 13 67 117 348 410 75 21 13 96 431 _ 13 67 13 Trung 97 bình cần _ 17 13 Với frêôn lỏng 335 97 398 71 84 _ _ 13 _ Đến -196 _ 1-30 ÷ -35 -43 ÷ Với nitơ lỏng Lạnh đơng nhúng phun -40 ÷ -45 0,5 ÷-35 _ -40 ÷ -45 ÷ 6_ -35 ÷ -40 ÷ 3-35 -40 0,5 ÷ _ _ -35 0,5 ÷ - -30 -35 ÷ ăng suất lạnh yêu cầu tổng thể từ +5 Nhiệt tổn thất tổng, kJ/kg đến -180C, kJ/kg t tổn thất cho quạt bơm Lạnh đông tiếp xúc Hầm tunel tự Sản phẩm rời Với nước Kiểu với Kiểu bay động chất tải luồng muối nước muối trực chiều ngang không khí lạnh glycol Lạnh đông luồng không khí lạnh Bảng 2.Các giá trị so sánh nhu cầu lạnh phương pháp lạnh đông khác Nhiệt độ bay hơi, 0C trung bình Năng suất lạnh đơng, t/h Cá phải kết đơng sau đánh bắt ngồi 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 của 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 của sản phẩm lạnh đông nhiệt độ dàn bay dàn lạnh thấp Do chênh lệch áp suất của nước riêng phần nên ẩm sản phẩm bay đến bám vào giàn lạnh dứi dạng băng tuyết Sự dịch chuyển ẩm đặc trưng trình xử lý lạnh lạnh đông thực phẩm Hao hụt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác độ chênh lệch nhiệt độ sản phẩm không khí lạnh, tốc độ gió, phương pháp lạnh đơng, tốc độ lạnh đơng… 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 đông nhanh pha Ngoài 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 không khí cách nhiệt tiến hành lạnh đông 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 đơng thịt lợn, bò 1/2con, 1/4con khối lượng70÷100kg Phương pháp lạnh đông Nhiệt độ tâm thịt Vào Ra Không khí buồng lạnh đơng Nhiệt độ Thời gian lạnh đông Tổn hao khối lượng Tốc độ C 0 C m/s h % C Hai pha -Chậm -Tăng cường -Nhanh 4 -8 -8 -8 -18 -23 -35 0,1 ÷ 0,2 0,5 ÷ 0,8 3÷4 40 26 16 2,58 2,35 2,20 Một pha -Chậm -Tăng cường -Nhanh 37 37 37 -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 1.3 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 goòng 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 không trần, tường mà bố trí dãy móc treo thịt Ngồi 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 đông buồng khoảng 10 t/ngày đêm 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 của 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 của 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 công 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 của xạ F1 = F2 2.3.1.5 Số lượng bình thăng hoa cần thiết Số lượng bình thăng hoa tính theo cơng thức sau: 33 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 của 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 của 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 của 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 34 Tổng số diện tích khay bình thăng hoa là: f = z a l = 10 3,5 = 280 (m2) Số bình thăng hoa của 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 của nước, Cpn = 4,1816 kJ/kgK Độ chênh lệch nhiệt độ của 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 trình thăng hoa là: Gn = 109,22786 (m3/h) 2.3.1.7 kích thước bình thăng hoa 35 Bình thăng hoa có kích thước: - Đường kính trong: Dt = m Chiều dài: L = 10 m Được làm vật liệu thép không gỉ X18H10T a Độ dày thân bình thăng hoa Vật liệu thép khơng 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 toán 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 công kích thước Dn theo độ chính xác cấp n = 1,8 mm; sai lệch dương gia công kích thước Dt theo độ chính 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 q 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) 36 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 không 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 – không 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 không 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 – không khí làm lạnh, hỗn hợp ngưng tụ lại bám vào thành của ống, khơng khí khô qua bơm chân không để thải vào khí Ngược lại amoniac lỏng nhận nhiệt của hỗn hợp nước – khơng khí để bay qua bình tác lỏng máy nén của 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 đơng 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 của NH3 tk = 35 0C Nhiệt độ vách ống phía NH3 tv0 = -18 0C Nhiệt độ ngưng tụ của 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) 37 = 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 không khí ống với amoniac sôi 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 toán truyền nhiệt toán truyền nhiệt qua vách phẳng Do hệ số truyền nhiệt bằng: k = , (W/m2K) Theo công thức (15-11) [1] Trong đó: - Hệ số 1, tương ứng hệ số trao đổi nhiệt sôi của NH ngưng của nước lớp băng đóng mặt của ống Các hệ số tỉ số , tương ứng chiều dày hệ số dẫn nhiệt của vách ống của 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 sơi của amoniac với vách nóng tính theo cơng thức thực nghiệm xác định trao đổi nhiệt sôi 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 công 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 38 Có thể xác định hệ số trao đổi nhiệt theo công thức thực nghiệm ngưng của 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 của hơi, kg.s/m2 tbh nhiệt độ bảo hòa của 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 của 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 của ống: = 0,5 (Dn – Dt) = 0,5 (216 – 200) = (mm) Hệ số dẫn nhiệt của thép lấy theo [1]: = 39 kcal/mhK = 45,357 W/mK Chiều dày băng lấy bằng: = mm Hệ số dẫn nhiệt của băng lấy: = 1,935 kcal/mhk = 2,250 W/mK Thay số vào ta hệ số truyền nhiệt của 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) 39 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 của 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 mọi tính tốn chấp nhận 2.3.2.2 Tính chiều dài của ống bình ngưng tụ ẩm Vì ta chọn đường kính ống của 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 của đường chéo lớn lục giác 21, tổng số ống 331 ống 40 Chiều dài của 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 của 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 của lục giác đều, m = 21 ống Ds = 21 0,26784 = 5,62464 (m) Đường kính của bình phải chọn lớn đường kính mặt sàn nên ta chọn: - Đường kính của bình ngưng: Dt = 5,7 m Đường kính ngồi của 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 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 của bình ngưng ta có: h = 0,25 5,7 = 1,425 (m) 41 - chọn ống: + ống dẫn amoniac loại ống thép X18H10T (inox) có đường kính 50 mm + ống đẫn hỗn hợp không khí – ẩm loại ống thép X18H10T (inox) có đường kính 90 mm 42 2.4 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị 2.4.1 Sơ đồ thiết bị 43 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 1 ngưng amoniac; 8.Bình chứa amoniac; 9.Máy nén; 10.Bơm chân khơng; 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 nhiệt lưới; 19.Bộ điều chỉnh nhiệt 44 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 không (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 thoát từ vật liệu sấy tác dứi dạng băng để máy hút chân khơng (10) làm việc với khơng khí khơ Điều tạo cho bơm chân không 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 chính của hệ thống sấy thăng hoa gồm bình thăng hoa (1), bình ngưng đóng băng (5), bơm chân không (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 của hệ thống sấy thăng hoa tính tốn diện tích truyền nhiệt của bình thăng hoa (1) bình ngưng đóng băng (5) 45 2.5 Tài liệu tham khảo [1] Trần Văn Phú Tính toán 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 q 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 46 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) 47 ... http://www.jbtfoodtech.com/ 21 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 trình tính toàn thiết kế hệ thống sấy, phần tính tốn... 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. .. thịt 21 1.5.3.2 Lạnh đông sữa sản phẩm từ sữa 22 1.6 Các tài liệu tham khảo website .22 PHẦN TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƠNG KHƠ RAU CÔNG SUẤT 1000 KG/H