thiết kế máy sấy bánh tráng bằng máy sấy băng tải 2 mặt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHÚ YÊN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ MÁY SẤY BÁNH TRÁNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LỚP: PHAN THỊ QUỲNH TRÂM ĐẠI HỌC HOÁ HỌC C15 KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phú Yên, năm 2018 LỜI MỞ ĐẦU Nền nơng nghiệp nước ta phát triển mạnh có ưu nhiều mặt từ nói nông nghiệp kinh tế quan trọng nước ta, đặc biệt nông sản không đáp ứng yêu cầu nhân dân nước mà xuất nước ngồi Và đứng thứ giới xuất gạo, xuất gạo thơ khơng thể có thu nhập cao từ bắt đầu xuất thêm chế phẩm đa dạng từ gạo phở, hủ tiếu, loại bánh, Bánh tráng Bánh tráng – ăn dân dã quen thuộc người dân đất nước Việt Nam hầu hết người yêu thích đến người nước chuộng sản phẩm Được làm từ gạo có số loại pha trộn dừa hay số loại tinh bột có khả tạo màng khác để tăng hương vị Cách làm đơn giản cần đem bột pha với nước tỷ lệ thích hợp dùng đồ múc tráng mỏng miếng vải căng nồi hấp chín tầm 2-3 phút sau đem phơi khơ đến lại phên tre ràng lại thành dây 10 Nhưng với cách thực thủ cơng đủ sản lượng để cung cấp nước ngồi từ phải phát triển ngành cơng nghệ thực phẩm để đáp ứng đủ nhu cầu người Các loại máy móc hệ thống công nghệ cần đổi mới, cải tiến, cập nhật thường xuyên giúp giảm sức lực người, tăng suất sản phẩm, giải vấn đề thất nghiệp,… Trong q trình sấy phần quan trọng hệ thống sản xuất bánh tráng nơng sản khơ Q trình sấy khơng q trình tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng nghệ Nó đòi hỏi sau sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy,…), thiết bị đốt nóng tác nhân (calorifer) thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ hầm đốt, xyclon,… Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực q trình sấy cụ thể hệ thống sấy Với trình sấy phân em xin chọn thiết kế máy sấy bánh tráng máy sấy băng tải mặt giúp cho bà nông dân dễ dàng, chủ động trình sản xuất khơng phụ thuộc vào thời tiết giúp tăng suất tăng thu nhập tăng việc làm CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nguyên, vật liệu khái niệm 1.1.1 Bánh tráng 1.1.1.1 Khái niệm Bánh tráng hay Bánh đa dạng bánh sử dụng nguyên liệu tinh bột tráng mỏng phơi khơ, ăn nướng giòn (miền Bắc Việt Nam gọi bánh đa nướng, miền Nam gọi bánh tráng nướng) nhúng qua nước để làm nem Nó nguyên liệu để làm ăn Việt nem hay bánh đa nem 1.1.1.2 Nguyên, vật liệu Nguyên liệu thường bột gạo (nhiều nơi dùng sắn, ngô, đậu xanh… pha trộn chung) pha lỏng vừa phải với nước Có cho vào bột sắn với tỷ lệ hợp lý để bánh có thêm độ dẻo, bị bể dễ tráng mỏng, pha nhiều bột sắn (khoai mì) làm cho bánh có vị chua Ngồi có phụ gia khác mè, muối, tiêu, tỏi, dừa, hành, đường… tùy loại bánh tráng miền 1.1.1.3 Phân loại Phụ thuộc vào vùng miền sản xuất, tuỳ theo hình dạng, kích thước, độ dày mỏng, độ khơ, phương pháp sản xuất, nguyên liệu làm bánh mục đích sử dụng khách hàng mà bánh có loại sau: ♦ Bánh mềm: bánh phở tươi, bánh ♦ Bánh cứng: bánh nhúng, bánh đập, bánh tráng nướng 1.1.1.4 Thành phần, giá trị dinh dưỡng Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng Năng Béo(gam Bột Cellulose lượng Đạm(gam) ) đường(gam) (gam) (Kcal) 333 0.2 78.9 0.5 Tro(gam) 1.1.1.5 Công dụng Được sử dụng cơm để ăn kèm thức ăn tùy cách ăn đem bánh nướng giòn than hồng hay nhúng qua nước cho mềm (có thể sau nướng khơng nướng), nem rán (chả giò) Bánh tráng nướng giòn ăn kèm cùi dừa ngon Bánh tráng ăn kèm với nhiều ăn như: mắm ruốc, gỏi… khơng thiết phải qua cơng đoạn nướng giòn 1.1.1.6 Sản phẩm Bánh tráng sau sấy khô tuỳ vào hình dạng kích thước mà sử dụng với mục đích khác nhau: vơi độ ẩm 20-25% đem cắt sợi từ 1mm làm phở hủ tiếu, với đường kính 18-20cm đem làm bánh đa nem với bánh đường kính từ 45-50cm đem nhúng với nước với thức ăn đem nướng giòn,… vài chế phẩm khác đem làm thức ăn vặt nhiều người yêu thích 1.1.1.7 Thời gian thu hoạch, phân bố địa lý Các quy trình sản xuất bánh tráng đơn giản phụ thuộc nhiều thời tiết Khi trời nắng thuận lợi cho suất cao trời mưa khơng thể sản xuất dẫn tới suất thấp Từ cần khống chế nhiệt độ thời gian làm bay nước đạt đến độ ẩm u cầu 12% sản xuất vào thời gian mà muốn Các lò bánh tiếng nước ta tập trung vùng Bắc Trung Bộ Duyên hải Nam Trung Bộ với tỉnh Tây ninh Còn lại đâu có trồng lúa có lò bánh rải rác khắp nước 1.1.2 Cơ sở lý thuyết 1.1.2.1 Khái niệm Sấy q trình làm khơ vật liệu phương pháp bay nhiệt Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm dẫn nhiệt, đối lưu, xạ lượng điện trường có tần số cao Mục đích q trình sấy giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản tốt, phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn dễ dàng 1.1.2.2 Phân loại phương pháp sấy Có loại sấy sấy tự nhiên sấy nhân tạo: ♦ Tự nhiên: Tiến hành bay lượng tự nhiên lượng gió, lượng mặt trời, … (gọi trình phơi hay sấy tự nhiên) Phương pháp đỡ tốn nhiệt năng, không chủ động điều chỉnh vận tốc trình yêu cầu kỹ thuật, suất thấp,… ♦ Nhân tạo: thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tuỳ theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia thành nhiều dạng: - Phương pháp sấy đối lưu: phương pháp việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) trường hợp chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt - Phương pháp sấy tiếp xúc: phương pháp sấy việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực dẫn nhiệt vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao - Phương pháp sấy tia hồng ngoại: dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy - Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần: phương pháp người ta để vật ẩm điện trường tần số cao Vật ẩm nóng lên Trường hợp mơi chất sấy khơng làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật - Sấy thăng hoa: Sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp, nên độ ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn sang hẳn trạng thái mà không cần qua trạng thái lỏng Các phương pháp sấy tia hồng ngoại, sấy dòng điện cao tần, sây thăng hoa sử dụng công nghiệp nên gọi chung phương pháp sáy đặc biệt 1.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ Tốc độ sấy phụ thuộc vào số yếu tố chủ yếu sau: Bản chất vật liệu sấy cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm, … Hình dạng vật liệu sấy: kích thức mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu,… Diện tích bề mặt riêng vật liệu lớn tốc độ sấy nhanh Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối độ ẩm tới hạn vật liệu Độ ẩm, nhiệt độ tốc độ khơng khí Chênh lệch nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối không khí sấy, nhiệt độ cuối cao nhiệt độ trung bình khơng khí cao, tốc độ sấy tăng Nhưng nhiệt độ cuối không nên cao khơng sử dụng triệt để nhiệt Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức chế độ sấy CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Quy trình sản xuất Lắng bột Khuấy Xay gạo Hấp Ngâm gạo Trải vĩ Vo gạo Giá phơi Gạo Hơi bão hoà Nước Nhiệt Đóng gói Hình 2.1: Quy trình cơng nghệ  Thuyết minh quy trình ♦ Chuẩn bị gạo : - Chọn loại gạo - Gạo phải ngun khơng bị vỡ vụn - Gạo có độ dẻo, thơm vừa ♦ Vo gạo : Sau chọn loại gạo thích hợp, tiến hành định lượng cho vào thùng có chứa nước tiến hành vo gạo cho sạch, thường theo kinh nghiệm vo hai lần đủ ♦ Ngâm gạo: Gạo sau công đoạn vo tiếp tục cho vào thùng ngâm với nước (nước máy nước giếng phải thật không mùi) Tiến hành ngâm thấy hạt gạo trương phồng to mềm nhũn cho thêm muối ăn với tỉ lệ 10:1, muối làm tăng tính đậm đà cho bánh đồng thời làm tăng chất đạm Thông thường ngâm với thời gian từ ba đến năm đồng hồ ( tuỳ theo loại gạo) ♦ Xay bột: Dùng máy xay bột nước, cho gạo với nước vào xay, ta bột gạo lỏng để làm bánh ♦ Lắng bột: Bột lỏng sau xay cho vào chậu để lắng, thời gian lắng theo kinh nghiệm từ 10 đến 12 giờ, lấy bột lắng, tiến hành khuấy kiểm tra độ sánh bột theo yêu cầu loại bánh ♦ Hấp (Công đoạn tráng): Băng hấp thực chất băng vải, vải đặc biệt theo kinh nghiệm người làm bánh lâu năm thường sử dụng loại vải For, xếp thành hai lớp, băng vải trùm kín lên miệng nồi nước sơi gia nhiệt củi đốt băng vải cạnh mép nồi, khoét lỗ nhỏ để thêm nước tổn thất Bột tráng cho vào muỗng tráng cho lên băng vải tráng mỏng, đậy nắp nồi hấp thời gian từ tới 10 giây Bánh chín dùng đũa tách bánh khỏi băng vải cho lên vỉ ♦ Trải vỉ: Vỉ làm băng lưới, tre, bánh chín trải lên đầy vỉ đem phơi ♦ Phơi: Vĩ phơi ánh nắng tự nhiên đạt đến độ khô Khi bánh khơ tiến hành đóng gói bảo quản để đưa vào sử dụng 2.2 .Sơ đồ công nghệ Hình 2.2: Dây chuyền cơng nghệ Động điện Đường bột cấp Bột lỏng Cánh khuấy Đường bột xuống Thanh chắn dòng bột Máng chứa bột Xã tràn Thùng chứa bột tráng 10.Van vệ sinh 11 Trục quay 12.Máng dẫn định dạng  Nguyên lý 13 Lò xo 14, 22 Tang dẫn động 15 Băng tải 16 Bột vào tủ hấp 17 Tủ hấp 18 Nước ngưng 19 Băng tải 20, 25 Tang đuôi 21 Dao gạt 23 Tấm vỉ lưới 24 Bánh đa mặt vỉ 26.Lò 27 Bình tách ẩm 28 Đường vào tủ hấp Bột chuẩn bị cho việc sản xuất bánh bơm từ bể tạo bột qua đường cấp bột (3) vào thùng chứa bột hồ hình trụ (2) Tại bột khuấy trộn cánh khuấy (1), dẫn động quay cho cánh khuấy động điện (4) có hộp giảm tốc bột khuấy đạt trạng thái đồng qua van chặn (5) chảy máng hộp (6) đổ xuống bề mặt băng tải hấp (12), dòng bột tràn băng tải định dạng hộp định dạng (7), hộp định dạng có cấu tạo: Ba mặt bên tiếp xúc với băng tải mặt lại có gạt điều chỉnh tạo khe hở chiều dày lớp bột, dòng bột tải qua khe hở, tráng thành màng bột mỏng có chiều dày lớp bột yêu cầu, ta gọi phận cấu tráng (10).Tải bột băng tải hấp vải chuyển động nhờ hai tang tang dẫn động tang đuôi (9) (15) với vận tốc yêu cầu, kéo tang chuyển động động điện thông qua hộp giảm tốc truyền xích Lớp bột liên tục băng tải kéo vào tủ hấp (11) Hơi nước bảo hồ khơ đưa từ nồi (26) qua đường dẫn van cấp (14) Hơi bảo hoà có áp suất với áp suất khí chiếm đầy không gian hộp hấp trao đổi nhiệt với lớp bột băng tải thành nước ngưng, nước ngưng xả định kỳ van (13) Bột khỏi khoang hấp chín tạo thành bánh đa ẩm dao (16) tách Bánh ẩm đưa vào hệ thống sấy băng tải, thực chất hệ thống sấy bánh đa băng tải bánh rải băng lưới thép (19) chuyển động tốc độ với tốc độ bánh rơi băng Bánh đa ẩm trao đổi nhiệt đối lưu với khơng khí nóng (20) chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động băng tải Khơng khí quạt đẩy qua calorifer khí – (24), nước bảo hồ khơ theo đường (25) vào calorifer gia nhiệt cho khơng khí ngưng lại thành nước ngưng thoát qua van (13) Bánh khỏi buồng sấy đạt độ khô yêu cầu Bánh đa khô băng tải chuyển qua trục kéo cấp cho dao cắt (23) gồm lưỡi dao thứ gắn trục quay chuyển động quay lưỡi dao thứ hai gắn cố định cấu giữ Bánh đa ôm vào trục quay, dao quay mang bánh đến cự cắt tác dụng lực cắt bánh cắt thành với chiều dài chu vi trục mang dao cắt 2.3 Sơ đồ thiết bị Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị Tang dẫn động Bánh đa ẩm vào Khí Quạt hút Động điện Băng tải Băng tải Khung buồng sấy Hơi nước vào 10 Calorife 11 Quạt đẩy 12 Bánh khơ 13 Bộ chuyền xích 14 Khơng khí 15 Trục 2.4 Chế độ, phương án sấy Sấy đối lưu với tác nhân khơng khí nóng – sấy sử dụng chủ yếu công nghiệp ♦ ♦ ♦ ♦ Cường độ sấy cao Cho phép điều chỉnh phạm vi rộng Đạt độ ẩm cuối vật liệu sấy Không phụ thuộc vào thời tiết 2.4.1 Ưu, nhược điểm ♦ Ưu điểm - Thiết bị đơn giản - Dễ lắp đặt chế tạo 10 phương pháp hg _ Chiều cao hộp gió nóng , hg = 0,15 m n _ Số băng tải, n = q _ Khoảng cách hai băng tải cạnh nhau, q = 0,35 m p _ Khoảng cách hai hộp gió nóng cạnh nhau, p = q = 0,35 m r _ Khoảng cách hai hộp gió nóng cạnh nhau, r = 0,1m Kích thước hộp dẫn hướng : nd = 0,2 m kd = 0,15 m md = 0,2 m Toàn hộp gió nóng bọc lớp cách nhiệt có chiều dày : δcn = 0,04m 3.2.3.2 Kích thước buồng sấy : Chiều dài buồng sấy : L = 12,5 m Chiều cao buồng sấy : H = 1,0m Chiều rộng buồng sấy : B = 0,5m 3.2.4 Tính toán nhiệt thiết bị sấy băng tải : Một thiết bị sấy thực tế tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang có nhiệt lượng bổ sung Q bs đương nhiên luôn tồn tổn thất nhiệt môi trường qua kết cấu bao che Q mt, tổn thất nhiệt thiết bị chuyển tải Qct tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang Qv 3.2.4.1 Tổn thất vật liệu sấy mang : Theo kinh nghiệm sấy nông sản thực phẩm ta chọn nhiệt độ đầu báng đa sấy tv2 theo điều kiện sau : tv2 = (t1 – 10)oC = 90 – 10 = 80oC Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang : Qv = G2.Cpb2.(tv2 – tv1), kJ/h Trong : Cpb2 _ Nhiệt dung riêng bánh đa khô, kJ/kgK tv1_ Nhiệt độ bánh đa vào sấy, tv1 = 75oC => Qv = 200.1,845.(80-75) = 1845 kJ/h Qv 1845 = = 4,855 W 380 qv = kJ/kg ẩm 3.2.4.2 Tổn thất băng tải mang : τ Qct = Gt.Ct.(tt2 – tt1) , [kJ/h] Trong : Ct _ Nhiệt dung riêng thép làm băng tải, Ct = 0,5 kJ/kgK tt1 Nhiệt độ băng tải τ = 0, ta chọn tt1 = 85oC tt2 Nhiệt độ băng tải τ = 50s, ta chọn tt2 = 90oC Gt_ Khối lượng băng tải, Kg 21 Gt = Lts.b.δbt.ρt = 12,4.0,4.0,0005.7850 = 19,468kg 3600 50 => Qct = 19,468.0,5.(90 – 85) = 3504,24 kJ/h 3504,24 Qct = 9,22 380 W qct = = kJ/kg ẩm 3.2.4.3 Tổn thất môi trường Giả thiết tốc độ TNS thùng sấy để tính tổn thất mơi trường phải giả thiết tốc độ TNS thực kiểm tra lại giả thiết Cơ sở để giả ωk thiết tốc độ TNS TBS thực tế tốc độ lý thuyết (m/s) tốc độ tỷ số lưu lượng thể tích trung bình V tiết diện tự thiết bị sấy ωk Khi tốc độ TNS lý thuyết = 1,4 m/s (chọn ) Như vậy, liệu để tính mật độ dòng nhiệt gồm : Nhiệt độ mơi chất nóng trường hợp nhiệt độ trung bình TNS vào khỏi thiết bị sấy : tf1 = 0,5 (t1 + t2) = 0,5 (90+ 37) = 63,50C Nhiệt độ dịch thể lạnh : Nhiệt độ nhiệt độ mơi trường tf2 = t0 = 250C Hộp gió làm thép có chiều dày δ = 1mm có hệ số dẫn nhiệt λt = 47 W/mK Hộp gió đươc bọc cách nhiệt lớp khơng khí xen kẻ nhựa δ cn λcn có chiều dày = 0,05 m, hệ số dẫn nhiệt = 0,024 W/mK Phía hộp gió trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng với tốc độ tác nhân ωk q sấy giả thiết = 1,4 m/s sau kiểm tra lại Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường hộp gió (vách t phẳng): t t α q = q1 = q2 = q3 , [W/m2] f1 w1 w1 tw2 tw2 tf2 α2 Trong : q = k (tf1 - tf2) , [W/m2] 22 δ1 λ1 δcn λcn δ2 λ2 q1 = α1(tf1 - tw1) , [W/m2] q2 = δ (tw1 - tw2) , [W/m2] q3 = α2 (tw2 - tf2) , [W/m2] Giả thiết nhiệt độ mặt thành hộp tw1 = 580C Khi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng TNS với bề mặt hộp gió tính theo cơng thức : ωk α1 = 6,15 + 4,17 = 6,15 + 4,17 1,4 Hình 3.3: Cấu tạo vách hộp = 11,988 W/m K sấy Chúng ta tính mật độ dòng nhiệt q1 theo công thức Newton q1 = α1(tf1 - tw1) = 11,988 (63,5 - 58) = 65,934 W/m2 Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngồi mặt hộp gió với khơng khí xung quanh trao đổi nhiệt đối lưu chảy rối Do hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 tính theo cơng thức : α2 = 1,715(tw2- tf2 )0,333 , [W/m2K] Trong : t w2 _là nhiệt độ mặt ngồi hộp gió : tf2 _ Nhiệt độ dịch thể lạnh Tính nhiệt độ mặt ngồi hộp gió tw2 theo cơng thức dẫn nhiệt qua vách phẳng tw2 = tw1 - q1 δ λt , [oC] tw2 = 580C – 65,934 => Hệ số trao đổi nhiệt α2 47 = 380C α2 = 1,715 (tω2 - tf2)0,333 = 1,715 (38 - 25)0,333 = 4,72 W/m2K Tính mật độ dòng nhiệt q2 theo công thức Newton ta : q2 = α2 (tw2- tf2) = 4,72 (38 - 25) = 61,36 W/m2 Đương nhiên, mật độ dòng nhiệt thỏa mãn phương trình truyền nhiệt q = k (tf1 - tf2) Trong : k : hệ số truyền nhiệt 1 = 0,398 δ 1 , 05 +∑ + + + α1 λ α 12,778 0,024 4,72 k= = W/m2K 23 So sánh q1 q2 q1 = q2 việc giả thiết tw1 hợp lý, hai giá trị sai khác q 10% ta phải tính lại Vì q1 = 65,934 W/m2, q2 = 61,36 w/m2, hai giá trị sai khác < 10% nên việc giả thiết hợp lý Mật độ dòng nhiệt q = 61,36 W/m2 = 220,896 kJ/m2h Diện tích bao quanh bề mật ngồi hộp gió : δ cn δ cn δ cn δ cn δ cn δ cn F = 2.(lg + ).(bg +2 ) + 2(lg + ).(hg + ) + 2.(bg +2 ).(hg +2 ), [m2] = 2(10 + 0,1)(0.5 + 0,1) + 2(10 +0,1)(0,15 + 0,1) + 2(0,5 + 0,1)(0,15 + 0,1) = 17,482 m2 => Vậy tổn thất nhiệt môi trường Qmt : Qmt = 3,6 q F = 3,6 220,896 17,482= 13902,134 kJ/kg ẩm qmt = Qmt 13902,134 = W 380 = 36,58 kJ/kg ẩm 3.2.4.4 Tính tổng tổn thất nhiệt ∆ : ∆ = qa – qv – qct - qmt = Ca.tv1 - qv – qct - qmt = 4,184 75 – 4,855 – kJ 9,22 – 36,58 = 263,145 kJ/kg ẩm 3.2.5 Tính tốn q trình sấy kgkkk thực : I B t1 3.2.5.1 Xây dựng trình sấy thực đồ thị I-d : C Điểm A (t0, I0, d0, ϕ0) trạng thái khơng khí sau calorifer trước hộp sấy Điểm C (t2, I2, d2, ϕ2) trạng thái tác nhân sấy (khơng khí) sau hộp sấy Muốn dựng đư ờng BC ta phải xác định tổn thất nhiệt, nhằm xác định ∆ C0 D t2 E ϕ0 t0 d kg ẩm/kgkkk 24 * Giả sử trạng thái C0, C tương ứng trạng thái TNS sau trình sấy lý thuyết sấy thực Từ điểm đường I = I1 = const chẳng hạn điểm C0 ta đặt đoạn CE song song với trục OI phía DE ∆ > thỏa mãn điều kiện sau: Hình 3.4 : Đồ thị I – d biểu diễn trình sấy thực CE =ED 1000 MI Md ∆ m 1000 = 2500 0,4 m= = kJ/kg ẩm MI : Tỷ lệ xích theo trục I, MI = kJ/kgkkk.mm Md : Tỷ lệ xích theo trục d, Md = 0,4 g/kgkkk.mm Nối BC đường cắt đường t = t2 điểm C Điều điểm biển diễn trạng thái TNS sau trình sấy thực 3.2.5.2 Xác định thơng số TNS sau q trình sấy thực : Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C, t2 = 370C, d0 = 0,017 kg ẩm/kgkk Và ∆ = 187,169 kJ/kg ẩm C pk ( t1 − t ) + d {( 2500 + C pa t1 ) − ∆} d2 = {( 2500 + C pa t ) − ∆} 1.( 90 − 37) + 0,017.{ ( 2500 + 1,842.90 ) − 187,169} = 0,041 { ( 2500 + 1,842.37) − 187,169} = kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 37 C d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào cơng thức định nghĩa entanpy khơng khí ẩm ta : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 37 + 0,041 (2500 + 1,842 37) = 141,473 kg ẩm/kgkk Tính độ ẩm tương đối ϕ2 thay t = t2 = 370C vào công thức tìm áp suất bão hòa nước tương ứng với t = 370C  4026 ,42  12−  235,5+ t2   Pb2 = exp 25 4026,42   12 −  235,5 + 37   = exp = 0,0622 bar Thay Pb2, d2 = 0,041 kg ẩm/kgkk B = 1bar vào cơng thức : Tìm độ ẩm tương đối TNS vào TBS thực : ϕ2 = B.d 1.0,041 = = 99% Pb ( 0,622 + 0,041) 0,0622( 0,622 + 0,041) Ta thấy ϕ2 = 99% tính không thỏa mản điều kiện ϕ2 = (90 ± 5)% Chọn lại nhiệt độ t2 : t2 = 39oC Áp suất bão hòa nước tương ứng với t = 390C 4026,42    4026 ,42  12 −   12−  235,5 + 39   235 , + t  = exp Pb2 = exp  = 0,06937 bar Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C, t2 = 390C, d0 = 0,041 kg ẩm/kgkk Và ∆ = 187,169 kJ/kg ẩm C pk ( t1 − t ) + d {( 2500 + C pa t1 ) − ∆} {( 2500 + C d2 = = pa t ) − ∆} 1.( 90 − 39) + 0,041.{ ( 2500 + 1,842.90 ) − 187,169} = 0,0399 { ( 2500 + 1,842.339) − 187,169} kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 390C d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào công thức ta : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 39 + 0,041 (2500 + 1,842 39) = 141,616 kg ẩm/kgkk Tìm độ ẩm tương đối TNS vào TBS thực : ϕ2 = B.d 1.0,0399 = = 87% Pb ( 0,622 + d ) 0,0622( 0,622 + 0,0399) Kiểm tra điều kiện ϕ2 = (90 ± 5)% ta thấy ϕ2 tính đươc thỏa mản nhiệt độ t2 = 39oC hợp lý 3.2.6 Tính lượng khơng khí nóng q trình sấy thực : 3.2.6.1 Khối lượng khơng khí khơ : Thay d2 d0 vào cơng thức sau ta : 26 1 = = d − d 0,0399 − 0,017 l= = 43,668 kgkk/kg ẩm => L = l W = 43,668.380 = 16593,84 kgkk/h 3.2.6.2 Thiết lập bảng cân nhiệt: ♦ Nhiệt lượng tiêu hao q : q = l (I1 - I0) = 43,668.(135,32 – 68,283) = 2927,3717 kJ/kg ẩm ♦ Nhiệt lượng có ích q1 q1 = i2 - Catv1 = 2500 + 1,842.39 - 4,184.75 = 2258,338 kJ/kg ẩm ♦ Tổn thất tác nhân sấy mang q2 : q2 = l.Cdx (d0).(t2 –t0) = 43,668.1,0313 (39 – 25) = 630,478 kJ/kg ẩm ♦ Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ : q’ = q1 + q2 + qv + qct + qmt = 2258,338 + 630,478 + 4,855 + 9,22 +36,58 = 2939,471 kJ/kg ẩm Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ phải Ơ nhiều lý do, tính tốn làm tròn sai số tra đồ thị v.v mà phạm sai lầm Tuyệt đối : ∆q = q’- q : ∆q = 2939,471 - 2927,371 = 12,1 ε ∆q = q = 4,133.10-3% Hay sai số tương đối Với sai số tính tốn nhiệt bé khơng đáng kể chấp nhận BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT T Đại lượng Ký hiệu KJ/kgẩm Nhiệt lượng có ích q1 2258,338 Tổn thất TNS q2 630,478 T 27 % Tổn thất nhiệt vật liêu sấy qv 3,78 Tổn thất nhiệt thiết bị chuyển tải qct 23,16 Tổn thất môi trường qmt 103,95 Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ 3019,706 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 2927,371 Sai số tính tốn ε 4,133.103 Nhận xét : ηt Hiệu suất nhiệt thiết bị = 78% Trong tất tổn thất tổn thất tác nhân sấy mang lớn 3.2.6.3 Kiểm tra tốc độ tác nhân sấy chọn : Lưu lượng thể tích trung bình trình sấy thực + Lưu lượng thể tích trạng thái trước q trình sấy VB : Chúng ta tích 1kg khơng khí trạng thái t = 900C ϕ1 = 3,85%, vB = 1,081 m3/kgkk VB = vBL = 1,081.5327,496 = 9759,023 m3/h + Lưu lượng thể tích TNS sau trình sấy thực với nhiệt độ t = 39 C độ ẩm tương đối ϕ2 = 87% từ phụ lục ta tìm vC = 0,962 m3/kgkk VC = vCL = 0,962.5327,496 = 5124,198 m3/h => Lưu lượng thể tích trung bình q trình sấy thực V : V = 0,5 (VB + VC) = 0,5 (9759,023 + 5124,198) = 5441,64 m 3/h = 1,512 m3/s Đây thông số để chọn quạt * Kiểm tra lại giả thiết tốc độ TNS : Tốc độ TNS trình sấy thực : ωk V 1,512 = = 2,016 Ftd 0,75 = Ftd = Btb.Htb = 0,75.1 = 0,75 m2 28 m/s ωk Như giả thiết = 1,5 m/s tính tổn thất hồn tồn xem xác 3.2.7 Công suất nhiệt lượng cần thiết : + Công suất nhiệt calorifer : Q = q.W = 2927,371.122 = 357139,262 kJ/h = 99,21 kW/h + Lưu lượng cần thiết : η ca Nếu chọn hiệu suất nhiệt calorifer = 95% Nhiệt ẩn hóa hơi nước áp suất 1,5at có r = 2230 kJ/kg lượng cung cấp D : Q 357139,262 = = η ca r 0,95.2230 D= 168,58 kg/h 3.2.8 Tính tốn thiết kế Calorifer : 3.2.8.1 Thơng số nước khơng khí : Thông số nước trước calorifer : - Áp suất nước bão hòa : Ph= 1,45at - Nhiệt độ nước bão hòa th = 1100C - Thể tích riêng nước bão hòa : Vh = 0,61652 m3/kg - Khối lượng riêng nước bão hòa : ρh = 1,622 kg/m3 - Nhiệt ẩm hóa hơi nước : r = 2230kJ/kg - Khối lượng riêng nước : ρn = 932,19 kg/m3 Thông số khơng khí trước sau calorifer : o φ0 φ1 t0 = 25 C , = 85% t1 = 90oC , = 3,85% Khối lượng không khí lưu chuyển qua calorife L = 5327,496 kgkkk/h Nhiệt lượng calorifer cấp cho khơng khí : Q = L(I – I0) = 357139,262 kJ/h 3.2.8.2 Thông số cấu tạo ống trao đổi nhiệt : a Cấu tạo : Loại calorifer khí loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bảo hòa ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động cưỡng Do αn hệ số trao đổi nhiệt ngưng nước so với hệ số trao đổi nhiệt đối 29 αk lưu mặt ngồi ống với khơng khí ống trao đổi nhiệt làm cánh phía khơng khí để tăng cường truyền nhiệt 2h h F’1 F c1 F 01 F2 d2 S1 LC b Hình 5.11.2 Cấu tạo hộp hấp Thơng số kích thước ống truyền nhiệt : Trong thiết kế mS1 ta chọn Calorifer loại ống đồng có làm cánh thép mỏng - Đường kính ngồi ống đồng : dn = 0,045 m - Đường kính ống đồng: dt = 0,040 m - Chiều cao cánh : h = 0,009m - Chiều dày cánh δc = 0,006m - Bước cánh tc = 0,015m - Đường kính ngồi cánh D = 1,4.dn = 0,063m - Chiều dài ống khơng có cánh : L0 = l0 – lc = 0,6 m - Khoảng cách cánh n = 0,01m - Số cánh ống m = lo = = 67 t c 0,015 δc - Tổng chiều dài cánh ống : lc = m =0,4m - Ống đồng với λ = 110 W/mK - Cánh thép với λC = 45W/m0K - Chiều dài phần nằm ngang ống lo = 1m ωk - Tốc độ tác nhân sấy vào thiết bị = 1,5 m/s - Chiều dày vách ống : δố= 0,5 (0,045 – 0,040) = 0,0025 m - Bước ống : S1 = S2 = S = 2,5.dn = 2,5 45 = 112,5 mm + Diện tích xung quanh ống khơng có cánh : 30 π d n l0 F1 = = 0,085 m2 + Diiện tích hình vành khăn cánh chiếm ống : π .m D − d n ( ) F2 = = 0,204 m2 + Diện tích cánh ống khơng kể phần vành khăn : π D.lc F3 = = 0,08 m2 + Diện tích bề mặt ngồi ống : Fn = F1 + F2 + F3 = 0,369 m2 + Diện tích bề mặt ống : π dt.l0 Ft = = 0,126 m2 3.2.8.3 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình ∆ttb : Khơng khí nước chuyển động chéo : ∆t = ∆t max − ∆t ∆t ln max ∆t , [oC] Trong : - Nhiệt độ bão hòa : th th = 110oC th = 110oC 133 C - Nhiệt độ khơng khí sau calorifer : t1 = 900C - Nhiệt độ khơng khí vào calorifer : t0 = 250C t0 = 25oC ∆tmax = th – t0 = 110 – 25 = o 85 C ∆tmin = th – t1 = 110 – 90 = o 20 C Hình5.11.3: Sơ đồ trao đổi nhiệt 85 − 20 = 45o C 85 ln 20 => ∆ttb = Nhiệt độ trung bình khơng khí nóng : ∆t2tb = th - ∆ttb = 110 – 45 = 650C 31 = Tra bảng (tính chất vật lý khơng khí khơ) SBTKTN t = 65oC có : ν λ = 0,0293 W/mK , Pr = 0,695 , = 19,843.10-6 m2/s 3.2.8.4 Tính vận tốc khơng khí caloirfer : V Ftd vkk = , [m/s] Trong : V_ Thể tích khơng khí trung bình calorifer V = L.0,5.(v90 + v25) = 5327,496.0,5.(1,029 + 0,844) = 2494,6 m3/h Ftd _ Diện tích tự calorifer : Ftd = Fx – Fcan, [m2] Với : + Fx = Bx.lo, [m2] i _ Số ống xếp thành hàng ngang, i = 12 ống s _ Khoảng cách cánh đến thành calorifer , s = 0,002 m => Bx = 2.s + (i – 1).n + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87 m2 + Fcan = Fcc + Fcô _ Diện tích cản cánh ống Fcc = (D – dn).lc.i = (0,063 – 0,045).0,4.12 =0,0864 m2 Fcô = l0.dn.i = 1.0,045.12 = 0,54 m2 => Fcan = 0,0864 + 0,54 = 0,6264 m2 Vậy diện tích tự calorife : Ftd = 0,87 – 0,6264 = 0,2436 m2 Vậy vận tốc trung bình khơng khí calorifer : 2494,6 = 2,85 0,2436.3600 vkk = m/s 3.2.8.5 Xác định hệ số tỏa nhiệt từ nước đến thành ống : Do ống đặt nằm ngang nên ta tính αn : α n = 0,72.4 ρ g r.λ3 ν d ( t s − t w ) , [W/m2K] Trong : tw _ Nhiệt độ vách ống, [oC] (Giả sử chọn tw = 100oC) d _ Đường kính ngồi ống, d = 0,045 m 32 ts = 110oC _ Nhiệt độ bảo hòa khơ ( Hơi bảo hòa khơ áp suất Ph = 1,5at) Nhiệt độ xác định : tm = (ts + tw) = (110 + 100) = 105oC Tra bảng thông số vật lý nước đường bảo hòa 105oC có : ρ = 954,7kg/m3 λ = 0,684W/mK ν = 0,284.10-6m2/s Với ts = 110oC (bảng nước nước bảo hòa ) tra : r = 2230kJ/kg α n = 0,72.4 954,7.9,81.2230.10 3.0,684 = 10880 0,284.10 −6.0,045.(110 − 100 ) => W/m2K Nhiệt lượng cung cấp thành ống : q1 = αn.∆t = αn (ts - tw) = 10880.(110 – 100) = 108800W/m2 3.2.8.6 Xác định hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngồi ống đến khơng khí αk : Do ống trao đổi nhiệt có cánh nên phương trình tiêu chuẩn có dạng : Nu = C Trong :  dn     tc  Re = −0 , 54 h    tc  −0,14 Re n Pr 0, (SQTTBHCTI) dn = 0,045 m tc = 0,015 m C = 0,116 m, n = 0,72 (ống xếp thẳng hàng) h = 0,009 m _ Chiều cao cánh ống Tiêu chuẩn Re xác định công thức sau : v k d n 2,85.0,045 = = 6463 ν 19,843.10 −6 Ta thấy 3000 < Re < 25000 , 3< Nu = 0,116  0,045     0,015  −0 , 54  0,009     0,015  dn tc < 4,8 nên : −0 ,14 Nu.λ 23,88.0,0293 = = 46,65 tc 0,015 64630,7 2.0,695 0, = 23,88 => αk = W/m2 3.2.8.7 Xác định hệ số truyền nhiệt K 33 Do ống trao đổi nhiệt làm đồng có hệ số dẫn nhiệt lớn có đường kính lớn so với chiều dày nên ta xem toán truyền nhiệt qua vách phẳng lớp có cánh, hệ số truyền nhiệt K xác định :  δô   + +   α n λô α k ε c  −1 K= , W/m2K Trong : δô , λô _Tương ứng chiều dày hệ số dẫn nhiệt ống đồng αn_ Hệ số trao đổi nhiệt nước đến thành ống, W/m2K αk_ Hệ số trao đổi nhiệt từ mặt ống đến khơng khí, W/m2K εc_ Hệ số cánh : εc = Ft 0,151 = = 0,343 Fn 0,440 0,0025   + +   385 46,65.0,343  10880 −1 = 46,06 K= W/m2K Vậy nhiệt lượng từ bề mặt ngồi ống cấp cho khơng khí q2 : ∆t q2 = K tb = 46,06.65 = 2993,9 W/m2 3.2.8.8 Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt F calorifer : Ta có : Nhiệt lượng calorifer cấp cho khơng khí (đã tính phần tính tốn nhiệt ) Q = 357139,262 kJ/h Nhiệt lượng cung cấp thực tế calorifer, giả sử chọn hiệu suất nhiệt calorifer ηc = 0,95 : Qtt = Q 357139,262 = = 375936,065kJ / h η 0,95 Qtt 375936,065 = = 77,7 3,6.K ∆t tb 3,6.46,06.65 Vậy : F= Ta suy số ống Calorifer : F 77,7 = = 96 Fn 0,369 m2 n = ống + Ta ký hiệu số ống hàng dọc nd , số ống hàng ngang i (i = 12), ta có quan hệ n = nd i => nd = n 96 = =8 i 12 34 ống * Với thiết bị Calorifer (hình vẽ ) ta có kích thước : Chiều cao : Hca = 2.S + (i – 1).n’ + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87m Chiều rộng : Bca = 2.S + (nd – 1).n’ + nd.D = 2.0,002 + (8 – 1).0,01 + 8.0,063 = 0,58m Chiều dài : Lca = lo + 2.0,05 = 1,0 + 0,1 = 1,10m 3.2.9 Đường ống dẫn dẫn nước ngưng : 3.2.9.1 Đường kính ống dẫn vào calorifer : DS ρ h ω h dh = 16,6 , [mm] [1] Trong : DS = 168,58 kg/h : Sản lượng thực tế cần dùng cho thiêt bị ρh = 0,8264 kg/m3 ωh = 30 m/s : Vận tốc nước 168,58 0,8264.30 Vậy dh = 16,6 = 43,29 mm 3.2.9.2 Đường kính ống dẫn nước ngưng : DS ρ n ω n d = 16,6 , [mm] Trong : DS = 168,58 kg/h ρn = 951,0kg/m3 Vn= 0,5m/s dlò = 16,6 168,58 951,0.0,5 = 44,42mm 35 ... = q2 = q3 , [W/m2] f1 w1 w1 tw2 tw2 tf2 2 Trong : q = k (tf1 - tf2) , [W/m2] 22 δ1 λ1 δcn λcn 2 2 q1 = α1(tf1 - tw1) , [W/m2] q2 = δ (tw1 - tw2) , [W/m2] q3 = 2 (tw2 - tf2) , [W/m2] Giả thiết. .. ứng với t2 = 37 C Pb2 = exp ♦ Độ ẩm tương đối 20 : 20 =  4 026 , 42  4 026 , 42    12 −  = exp. 12 −  23 5,5 + t  23 5,5 + 37,5    B.d 20 Pb ( 0, 622 + d 20 ) = 1.0,0381 0,064.( 0, 622 + 0,0381)... I 20 − t 137,98 − 40 = 25 00 + 1,8 42. t 25 00 + 1,8 42. 40 d20 = = 0,0381 kg ẩm/kgkk Độ ẩm tương đối 20 , áp suất bão hòa ứng với t2 = 400C Pb2 = exp 20 =  4 026 , 42  4 026 , 42    12 −  = exp.12