(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I.TỔNG QUAN .4 Nghiên cứu tính chất vật liệu sấy ……………………………………… Khái niệm chung sấy 2.1 Định nghĩa 2.2 Phân loại 2.3 Nguyên lý trình sấy 2.4 Tác nhân sấy .7 2.5 Thiết bị sấy Giới thiệu hệ thống buồng sấy PHẦN II TÍNH TỐN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY .11 Chương I.Tính tốn thơng số vật liệu……………… …………………….12 Chương II Tính tốn q trình sấy lý thuyết………………… ………………….13 Giai đoạn I …………………………………………………….……………13 Giai đoạn II …….………………………………………………………… 16 Giai đoạn III …………………… …………………………………………19 Chương III Xác định kích thước thiết bị ………………………… 22 Chương IV Tính tốn q trình sấy thực tế ………………………………………24 Giai đoạn I ………………………………………… ……………………….24 Giai đoạn II ……………………….…………………………………………28 Giai đoạn III …………………………………………………………………32 Chương V Tính tốn chọn Calorife ………………………………………………36 Công suất nhiệt Calorife……………………………… ………………36 Tiêu hao nước Calorife ……………………………………………….37 Xác định bề mặt truyền nhiệt Calorife …………………………………37 Chương VI Tính tốn khí động , chọn quạt gió ……………………….………….42 LỜI KẾT ……………………………………………………………………… 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………… 44 LỜI MỞ ĐẦU Với lợi tài nguyên thiên nhiên lớn , Việt Nam quốc gia phát triển nhanh nông nghiệp Trong năm gần nông nghiệp nước ta đạt thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa , nước ta bắt đầu xuất nông sản với chế phẩm chúng Do việc ứng dụng cơng nghệ đóng vai trị quan trọng Trong , cơng nghệ sấy khâu quan trọng sau trình thu hoạch , chế biến bảo quản nơng sản Sấy q trình cơng nghệ sử dụng q trình sản xuất đời sống thực tế Q trình sấy khơng trình tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng nghệ Nó địi 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 số loại thiết bị như: sấy thùng quay, hầm sấy , sấy sàn rung ,tháp sấy , buồng sấy … thiết bị đốt nóng tác nhân thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực trình sấy cụ thể hệ thống sấy Buồng sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy mẻ ,năng suất khơng lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên cưỡng Sấy nông sản quy trình cơng nghệ phức tạp Nó thực thiết bị sấy khác Ứng với loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao , chất lượng sản phẩm sấy tốt tiết kiệm lượng Trong đồ án em giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm khoai tây Với nhiệm vụ , em lựa chọn công nghệ sấy buồng với tác nhân khơng khí gia nhiệt nhờ quạt thổi vào Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành , kiến thức tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thiết kế Em mong thầy góp ý , bảo để em bổ sung , củng cố kiến thực cho thân Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình T.S Phạm Ngọc Hưng để em hồn thành tốt đồ án Hà Nội, tháng năm 2020 Sinh viên thực Phạm Thanh Loan PHẦN I TỔNG QUAN 1.Nghiên cứu tính chất vật liệu sấy Khoai tây lồi nơng nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột Là loại củ mọc rễ, có nguồn gốc Nam Mỹ đưa đến châu Âu kỷ 16 sau trồng rộng rãi giới Là loại trồng phổ biến thứ tư mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì ngơ Khoai tây Việt Nam chủ yếu trồng vào vụ đơng, số nơi có khí hậu lạnh, Lâm Đồng, Lào Cai trồng vụ thu, vụ xuân hè Tổng diện tích trồng khoai tây hàng năm nước khoảng từ 25.000 - 30.000 ha, tập trung tỉnh đồng số tỉnh miền núi phía Bắc, tỉnh Thái Bình, Hải Dương, Nam Định Ninh Bình Khoai tây loại thực phẩm nhiều chất dinh dưỡng Có thể nói khoai tây giàu kali tất loại thực phẩm khác , giàu vitamin C , B6 , chúng tốt cho huyết áp , tốt cho tim mạch , giảm nguy tăng huyết áp , giảm nguy đột quỵ , … Chúng có lượng bưởi , cung cấp nhiều sắt loại rau củ khác Khoai tây giàu chất xơ khoáng chất đồng , mangan, Tuy nhiên khoai tây củ có thời gian thu hoạch tương đối ngắn , bảo quản tươi lại khó khăn , sản phẩm khoai tây sấy đời nhằm kéo dài thời hạn sử dụng tăng giá trị sản phẩm Khoai tây sấy có trọng lượng nhẹ khơng cần giữ lạnh Khoai tây sấy sản phẩm đa dinh dưỡng , thêm giải pháp cho việc hỗ trợ lương thực cứu trợ Khoai tây sấy gọn nhẹ , dễ vận chuyển bảo quản Hiện nay, quy trình chế biến khoai tây sấy gồm cơng đoạn sau : Khoai tây Rửa , gọt Ngâm Làm Thái sợi Sấy Đóng gói Thành phẩm Đối với củ tươi, sau thái, bề mặt thường có "nhựa" chảy làm cho khoai tây chóng bị sẫm màu bị oxy hóa Để tránh tượng này, sau thái, khoai tây ngâm nước dung dịch xử lý Khoai tây ngâm dung dịch natri sunfit (Na2SO3) natri bisunfit (NaHSO3) tỷ lệ 1‰ so với khối lượng củ tươi Thời gian ngâm 30 phút Tất lát sau ngâm xử lý vớt lên rổ, rá mặt thoáng nhằm làm thoát bớt nước Sau xử lý đưa khoai tây sấy Để giảm bớt thời gian sấy, khoai tây nên hong gió trước để làm se lớp bề mặt 2.Khái niệm chung sấy 2.1 Định nghĩa Sấy trình tách ẩm khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt Qúa trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền nhiệt vật liệu , bảo quản tốt vật liệu thời gian dài , sản phẩm nông sản , lương thực ; thực phẩm , giảm lượng tiêu tốn trình vận chuyển vật liệu để đảm bảo thông số kỹ thuật cho q trình gia cơng vật liệu 2.2 Phân loại Quá trình sấy bao gồm phương thức : • Sấy tự nhiên : phương pháp sử dụng trực tiếp lượng tự nhiên lượng mặt trời , lượng gió , … để làm bay nước Phương pháp đơn giản , không tốn lượng , rẻ tiền nhiên không điều chỉnh tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp , phụ thuộc vào thời tiết , cần diện tích bề mặt lớn , không đảm bảo tiêu vệ sinh an toàn thực phẩm , … Do phương pháp áp dụng cho sản xuất quy mơ nhỏ lẻ , hộ gia đình • Sấy nhân tạo : phương pháp sấy sử dụng nguồn lượng người tạo , thường tiến hành thiết bị sấy , cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có , tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia thành dạng : • Sấy đối lưu : phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị , …( gọi tác nhân sấy ) • Sấy tiếp xúc : phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy qua vách ngăn • Sấy tia hồng ngoại : phương thức sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy • Sấy dòng điện cao tần : phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu • Sấy thăng hoa : phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao , nhiệt độ thấp nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành mà không qua trạng thái lỏng 2.3 Ngun lí q trình sấy Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm trình khuếch tán bên bên ngồi vật liệu rắn đồng thời với q trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Qúa trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh Vận tốc tồn q trình quy định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển từ vật liệu sấy bề mặt vật liệu sấy Trong q trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số q trình sấy 2.4 Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy.Trong q trình sấy , mơi trường buồng sấy ln bổ sung ẩm từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên đến lúc đạt cân vật liệu sấy mơi trường buồng sấy , q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ tác nhân sấy : • Gia nhiệt cho vật liệu sấy • Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường • Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hay nhiều nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy : • Khơng khí ẩm : loại tác nhân sấy thơng dụng , dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm : khơng khí có sẵn tự nhiên , không độc , không làm sản phẩm sau sấy ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên , dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt khơng khí ( caloripher khí – bay khí – khói ) , nhiệt độ sấy khơng q cao Thường nhỏ 500°C nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiệt phải chế tạo thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao • Khói lị : khói lị dùng làm tác nhân sấy nâng nhiệt độ sấy lên 1000°C mà không cần thiết bị gia nhiệt , nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm bụi chất có hại 𝐶𝑂2 , 𝑆𝑂2 , … • Hơi nhiệt : tác nhân sấy dùng cho loại sản phẩm dễ bị cháy nổ có khả chịu nhiệt độ cao • Hỗn hợp khơng khí nước : tác nhân sấy dùng độ ẩm tương đối cao 2.5 Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác để phù hợp với loại vật liệu sấy riêng biệt Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy : • Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy khơng khí hay thiết bị sấy khói lị , ngồi cịn có nhiều thiết bị sấy phương pháp đặc biệt sấy thăng hoa , sấy tia hồng ngoại , sấy dòng điện cao tần ,… • Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy áp suất thường • Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc , thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy xạ ,… • Dựa vào cấu tạo thiết bị : phòng sấy , hầm sấy , sấy băng tải ,… • Dựa vào chiều chuyển động tác nhân sấy : chiều hay ngược chiều ➢ Chọn thiết bị , tác nhân phương pháp sấy : • Chọn thiết bị sấy : Căn vào ưu nhược điểm loại thiết bị sấy đặc điểm vật liệu sấy , khoai tây với thiết bị sấy hệ thống buồng sấy Buồng sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy mẻ ,năng suất không lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên cưỡng • Chọn tác nhân sấy : Khoai tây sấy thành phẩm ăn trực tiếp khơng qua chế biến u cầu q trình sấy phải , khơng bị ô nhiễm , bám bụi Mặt khác sấy khoai tây không sấy nhiệt độ cao nên ta chọn tác nhân sấy khơng khí nóng 3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy đối lưu phổ biến ứng dụng rộng rãi thực tế hệ thống sấy buồng Bộ phận hệ thống sấy buồng buồng sấy Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy gián đoạn Do , so với hệ thống sấy hầm suất hệ thống sấy buồng thường nhỏ Tuy nhiên đặc biệt thích hợp cần sấy nhiều loại vật liệu với suất không lớn không cần sản xuất liên tục Hệ thống sấy buồng gồm hai loại hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên hệ thống sấy buồng đối lưu cưỡng Buồng sấy khơng gian thực q trình sấy khô vật liệu Đây phận quan trọng hệ thống sấy Tùy theo phương pháp sấy , loại thiết bị sấy mà buồng sấy có dạng khác Đối với thiết bị sấy buồng , phận buồng sấy tủ , lớn phịng Trong thiết bị sấy hầm , buồng sấy buồng có chiều dài lớn đường hầm ( tuynen ) Trong thiết bị sấy phun , buồng sấy buồng hình trụ đứng hay nằm ngang Trong thiết bị sấy khí động , buồng sấy ống hình trụ để đứng , có chiều cao lớn 10 PHẦN II TÍNH TỐN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY Thơng số : • Năng suất : G2 = 100 kg/mẻ • Độ ẩm ban đầu khoai tây : ω1 = 80% • Độ ẩm sau sấy khoai tây : ω2= 8% • Chất tải nhiệt nước có áp suất bar • Tác nhân sấy khơng khí • Thời gian sấy 𝜏 = 10ℎ ứng với điều kiện sau : Chế độ sấy có giai đoạn : Giai đoạn I : Thời gian 𝜏1 = 2h Nhiệt độ môi chất sấy vào t11 = 80℃ Vật liệu có độ ẩm vào 𝜔11 = 80% Vật liệu có độ ẩm 𝜔21 = 62,3% Giai đoạn II : Thời gian 𝜏2 = 3h Nhiệt độ môi chất sấy vào t12 = 70℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔12 = 62,3% Vật liệu sấy có độ ẩm 𝜔22 = 32,4% Giai đoạn III : Thời gian 𝜏3 = 5h Nhiệt độ môi chất sấy vào t13 = 65 ℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔13 = 32,4% Vật liệu sấy có độ ẩm 𝜔23 = 8% Tốc độ môi chất sấy ba giai đoạn v = m/s Trạng thái khơng khí bên ngồi t0 = 25℃ , 𝜑0 = 85% 11 𝑄52 = 𝑄𝑥𝑞2 + 𝑄𝑡𝑟2 + 𝑄𝑁2 = 244,5 + 92 + 152,2 = 488,7 𝑊 = 1759,32 𝑞52 = 𝑘𝐽 = 5278 𝑘𝐽 ℎ 𝑄52 5278 = = 48,87 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑊2 108 ∆ = 𝐶𝑛𝑡 𝑡𝑚12 − ( 𝑞𝑚2 + 𝑞𝑣𝑡2 + 𝑞52 ) = 4,18.32 − (31,2 + 11,04 + 48,87) = 42,65 kJ/kgẩm -Xác định thơng số q trình sấy thực tế : 𝐼22 = 𝐼12 + 𝑑22 = ∆ 𝑙 𝐶𝑝𝑘 (𝑡12 − 𝑡22 ) + 𝑑12 (𝑖1 − ∆ ) 𝑖2 − ∆ 𝑖1 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡12 = 2500 + 1,9.70 = 2633 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑖2 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡22 = 2500 + 1,9.50,77 = 2596, 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑑22 = 1,01(70 − 50,77) + 0,041 (2633 − 42,65) = 0,0492 𝑘𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 2596,5 − 42,65 𝐼21 = 𝐼12 − 𝑙2 = 1000 1000 = = 122 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑑22 − 𝑑12 49,2 − 41 𝜑22 = 𝜌𝑘2 ∆ 42,65 = 178 − = 177,6 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑙 125 𝑑22 𝑝 49,2.0,99333 = = 0.5733 = 57,33% (622 + 49,2) 0,127 (622 + 𝑑22 )𝑝52 𝑝 − 𝜑22 𝑝𝑠2 99333 − 0,5733.0,127 105 = = = 0,991 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 ( 273 + 𝑡22 ) 287(273 + 50,77) -Xác định thông số hỗn hợp : 𝑛= 𝐺ℎ 𝐿2 𝑑𝐻2 − 𝑑𝑜 41 − 18,4 = = = = 2,75 𝐺𝑜 𝐺𝑜 𝑑22 − 𝑑𝐻2 49,2 − 41 30 𝑡𝐻2 = 𝑛 𝑡22 + 𝑡𝑜 2,75 50,77 + 25 = = 44 ℃ 𝑛+1 2,75 + 𝑝𝑠𝐻2 = 0,09 𝑏𝑎𝑟 𝐼𝐻2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑𝐻2 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻2 ) = 44 + 0,041( 2500 + 1,9.44) = 150 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝜑𝐻2 = 𝜌𝐻2 𝑑𝐻2 𝑝 41.0,99333 = = 0,6743 = 67,43 % ( 622 + 49,2) 0,09 ( 622 + 𝑑22 )𝑝𝑠𝐻2 𝑝 − 𝜑𝐻2 𝑝𝑠𝐻2 99333 − 0,6743.0,09 105 = = = 1,025 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 (273 + 𝑡𝐻2 ) 287(273 + 44) + Tiêu hao không khí thực tế : l2 = 122 kg/kgẩm L2 = l2.W2 = 122.108 = 13176 kg = 4392 kg/h 𝑉𝑡𝑏2 = 𝐿2 (𝜌𝑘1 + 𝜌𝑘2 ) = 4392 (0,947 + 0,991) = 4532 𝑚3 /ℎ + Tiêu hao nhiệt thực tế : 𝑞2 = 𝑙2 (𝐼12 − 𝐼𝐻2 ) = 122 (177,6 − 150) = 3368 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑄2 = 𝑞2 𝑊2 = 3368.108 = 357008 𝑘𝐽 -Lập cân nhiệt : + Nhiệt đưa vào hệ thống : 𝑄𝑣 = 𝑄𝑠 + 𝑄02 Trong : 𝑄𝑠 = 𝑄2 𝑄𝑜2ℎ = 𝐺0 𝐼0 = 𝐿2 4392 𝐼0 = 72 = 114990 𝑘𝐽/ℎ 𝑛 2,75 𝑄02 = 𝑄02ℎ 𝜏2 = 344971 𝑘𝐽 Qv = 357008 + 344971 = 701979 kJ 31 + Nhiệt đưa khỏi hệ thống : 𝑄𝑅 = 𝑄12 + 𝑄′22 + 𝑄𝑚2 + 𝑄52 Trong : Q12 nhiệt hữu ích 𝑄12 = 𝑊2 [𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻2 − 𝐶𝑛 𝑡𝑚12 ] = 108[2500 + 1,9.44 − 4,18.32] = 264583 𝑘𝐽 Q’22 tổn thất nhiệt khí : 𝑄′22 = 𝐼′2 𝐺0 𝐼′2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑0 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻2 ) = 44 + 0,0184(2500 + 1,9.44) = 91,54 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 Q’22 = 91,54 4392 2,75 = 146198 kJ/h = 438593 kJ QR = 264583 + 438593 + 3370,63 + 5278 = 706546,63 kJ Sai lệch : ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 701979 − 706546,63 = −4567,63 𝑘𝐽 ∆𝑄% = ∆𝑄 4567,63 100% = 100% = 0,65 % 𝑄𝑣 701979 Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy : ɳs = 𝑄1 264583 = = 0,741 = 74,1% 𝑄2 357008 Giai đoạn III + Tổn thất nhiệt vật liệu : 𝑄𝑚3 = 𝐺𝑚3 𝐶𝑚3 (𝑡𝑚23 − 𝑡𝑚13 ) Trong : Gm3 = G2 = 100 kg Cm3 =1,88(1 - 𝜔23 ) + 4,18 𝜔23 = 1,88(1 – 0,08) + 4,18.0,08 = 2,064 kJ/kgK Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn tm13 = tm22 = 40,77℃ 32 Nhiệt độ vật liệu khỏi giai đoạn tm23 = t23 - ∆𝑡 = 58,26 – 10 = 48,26℃ Vậy ta : Qm3 = 100.2,064.(48,26 – 40,77) = 1546 kJ 𝑞𝑚3 = 𝑄𝑚3 1546 = = 43 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑊3 36 + Tổn thất thiết bị vận chuyển : 𝑄𝑣𝑡3 = 𝐺𝑣𝑡 𝐶𝑣𝑡 (𝑡𝑚23 − 𝑡𝑚13 ) = 272.0,5(48,26 − 40,77) = 1018,64 𝑘𝐽 𝑞𝑣𝑡3 = 𝑄𝑣𝑡3 𝑊3 = 1018,64 36 = 28,3 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 + Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh : 𝑄𝑥𝑞3 = 𝑘𝑥𝑞3 𝐹𝑥𝑞 ∆𝑡3 𝑘𝑥𝑞3 = 1 𝛿 + + 𝛼13 𝜆 𝛼23 Các hệ số trao đổi nhiệt 𝛼13 = 𝛼12 = 𝛼11 = 14,51 𝑊/𝑚2 𝐾, 𝛼23 xác định tương tự giai đoạn , ta có 𝛼23 = 3,958 𝑊/𝑚2 𝐾 Vậy ta : 𝑘𝑥𝑞3 = 1 0,075 + + 14,51 0,1 3,958 = 0,933 𝑊/𝑚2 𝐾 Qxq3 = 0,933.7,52.[0.5(65+58,26) – 25] = 257 W + Tổn thất nhiệt qua trần : 𝑄𝑡𝑟3 = 𝑘𝑡𝑟3 𝐹𝑡𝑟 ∆𝑡3 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ trần tới khơng khí bên : 𝛼𝑡𝑟3 = 𝛼23 1,3 = 5,145 𝑊/𝑚2 𝐾 Vậy ta có : 𝑘𝑡𝑟3 = 1 𝛼13 𝛿 + + 𝜆 𝛼𝑡𝑟3 = 1 0,075 + + 14,51 0,1 5,145 = 0,988 𝑊/𝑚2 𝐾 Qtr3 = 0,988.2,67.[0,5(65+58,26) – 25] = 96,6 W + Tổn thất nhiệt qua : 33 𝑄𝑁3 = 𝑞𝑁 𝐹𝑁 = 57.2,67 = 152,2 𝑊 + Tổn thất nhiệt vào môi trường : Q53 = 𝑄𝑥𝑞3 + 𝑄𝑡𝑟3 + 𝑄𝑁3 = 257 + 96,6 + 152,2 = 505,8 W = 1821 kJ/h = 9104 kJ 𝑞53 = 𝑄53 1821 = = 253 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑊ℎ3 7,2 ∆ = 𝐶𝑛𝑡 𝑡𝑚13 − ( 𝑞𝑚3 + 𝑞𝑣𝑡3 + 𝑞53 ) = 4,18.40,77 – ( 43+28,3 +253 ) = - 154 kJ/kg ẩm -Xác định thơng số q trình sấy thực tế : 𝑑22 = 𝐶𝑝𝑘 (𝑡13 − 𝑡23 ) + 𝑑13 (𝑖1 − ∆ ) 𝑖2 − ∆ 𝑖1 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡13 = 2500 + 1,9 65 = 2623,5 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑖2 = 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡23 = 2500 + 1,9.58,26 = 2610,7 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑑23 = 𝑙3 = 1,01(65 − 58,26) + 0,0241(2623,5 − 154) = 0,027 𝑘𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 2610,7 − 154 1000 1000 = = 344,8 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑑23 − 𝑑13 27 − 24,1 𝐼23 = 𝐼13 − 𝜑23 = ∆ 182 = 128,23 − = 127,7 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑙 344,8 𝑑23 𝑝 27.0,99333 = = 0,227 = 22,7% (622 + 𝑑23 )𝑝53 (622 + 27)0,182 (𝑝53 = 𝑝𝑠3 = 0,182 𝑏𝑎𝑟 ) 𝜌𝑘23 𝑝 − 𝜑23 𝑝53 99333 − 0,227.0,182 105 = = = 1,001 𝑘𝑔/𝑚3 ( ) 𝑅𝑘 273 + 𝑡23 287(273 + 58,26) -Xác định thông số hỗn hợp : 34 𝑑𝐻3 − 𝑑0 24,1 − 18,4 = = 1,96 𝑑23 − 𝑑𝐻3 27 − 24,1 𝑛= 𝑛 𝑡23 + 𝑡0 1,96.58,26 + 25 = = 47 ℃ 𝑛+1 1,96 + 𝑡𝐻3 = 𝑝𝑠𝐻3 = 0,105 𝐼𝐻3 = 𝑡𝐻3 + 𝑑𝐻3 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻3 ) = 47 + 0,0241(2500 + 1,9.47) = 109,4 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘 𝜑𝐻3 = 𝜌𝐻3 𝑑𝐻3 𝑝 24,1.0,99333 = = 0,35 = 35 % (622 + 27) 0,105 ( 622 + 𝑑23 )𝑝𝑠𝐻3 𝑝 − 𝜑𝐻3 𝑝𝑠𝐻3 99333 − 0,35.0,105 105 = = = 1,04 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 (273 + 𝑡𝐻3 ) 287(273 + 47) -Tiêu hao không khí thực tế : l3 = 344,8 kg/kgẩm L3 = l3.W3 = 344,8.36 = 12412,8 kg = 2482,5 kg/h 𝑉3 = 𝐿3 2482,5 = = 2518 𝑚3 /ℎ 𝜌𝑘13 0,986 𝑉𝑡𝑏3 = 𝐿3 (𝜌𝑘13 + 𝜌𝑘23 ) = 2482,5 (0,986 + 1,001) = 2498,7 𝑚3 /ℎ + Tiêu hao nhiệt thực tế : 𝑞3 = 𝑙3 (𝐼13 − 𝐼𝐻3 ) = 344,8(128,23 − 109,4) = 6493 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑄3 = 𝑞3 𝑊3 = 6493.36 = 233748 𝑘𝐽 = 46749,6 𝑘𝐽 = 129,86 𝑘𝑊 ℎ - Cân nhiệt hệ thống : + Nhiệt đưa vào hệ thống : 𝑄𝑣 = 𝑄𝑠 + 𝑄03 Trong : 𝑄𝑠 = 𝑄3 35 𝑄𝑜ℎ = 𝐺0 𝐼0 = 𝐿 2482,5 𝐼0 = 72 = 91194 𝑘𝐽/ℎ 𝑛 1,96 Q03 = 𝑄0ℎ 𝜏3 = 91194.5 = 455970 𝑘𝐽 + Nhiệt đưa khỏi hệ thống : 𝑄𝑅 = 𝑄13 + 𝑄′23 + 𝑄𝑚3 + 𝑄𝑣𝑡3 + 𝑄53 Trong : 𝑄′23 = 𝐺0 𝐼′2 𝐼′2 = 𝑡𝐻3 + 𝑑0 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻3 ) = 47 + 0,0184(2500 + 47) = 93,8 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑄′23 = 2482,5 𝑘𝐽 93,8 = 118805 = 594027 𝑘𝐽 1,96 ℎ 𝑄13 = 𝑊3 [𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻3 − 𝐶𝑛 𝑡𝑚13 ] = 36[ 2500 + 1,9.47 − 4,18.40,77] = 87080 𝑘𝐽 Qv = Q3 +Q03 = 233748 + 455970 = 689718 kJ QR = 87080 + 594027 + 1546 + 1018,64 + 9104 = 692775,64 kJ Sai lệch : ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = −3057,64 𝑘𝐽 ∆𝑄% = ∆𝑄 3057,64 100% = 100% = 0,44% 𝑄𝑣 689718 Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy : ɳs = 𝑄1 𝑄13 87080 = = = 0,372 = 37,2 % 𝑄2 𝑄3 233748 Chương V Tính tốn chọn calorife Công suất nhiệt calorife 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 𝑄𝑠 𝑄1 = ɳ𝑐𝑎𝑙 ɳ𝑐𝑎𝑙 Ở : + Q1 – nhiệt cấp cho buồng sấy giai đoạn I , Q1 = 74,4 kW 36 + ɳcal – hiệu suất nhiệt calorife , ɳcal = 0,95 Vậy : 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 74,4 = 78,3 𝑘𝑊 0,95 Tiêu hao nước calorife 𝐷= 𝑄𝑐𝑎𝑙 𝑖ℎ − 𝑖′ , 𝑘𝑔/𝑠 Trong : + ih entanpi vào calorife Đây nước bão hịa khơ bar ih = i’= 2749 kJ/kg + i’ entanpi nước bão hòa , i’= 640 kJ/kg Vậy : 𝐷= 74,4 𝑘𝑔 = 0,035 = 127 𝑘𝑔/ℎ 2749 − 640 𝑠 Xác định bề mặt truyền nhiệt calorife + Bề mặt truyền nhiệt calorife : 𝐹= 𝑄𝑐𝑎𝑙 ɳ𝑐𝑎𝑙 𝑘∆𝑡𝑡𝑏 Ở : F- bề mặt truyền nhiệt phía có cánh k - hệ số truyền nhiệt ∆𝑡𝑡𝑏 - độ chênh nhiệt độ trung bình Gỉa thiết lưu tốc khơng khí kg/𝑚2 s ta xác định k = 22,9 W/𝑚2 K Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình xác định theo công thức : ∆𝑡𝑡𝑏 = ∆𝑡1 + ∆𝑡2 𝜀 ∆𝑡1 ∆𝑡 𝑙𝑛 ∆𝑡2 37 Trong : ∆𝑡1 = 𝑡𝑠 − 𝑡𝑘1 ∆𝑡2 = 𝑡𝑠 − 𝑡𝑘2 + ts : nhiệt độ bão hòa nước áp suất bar , ts = 152℃ + tk1: nhiệt độ khí vào calorife , tk1 = t0 = 25℃ + tk2 : nhiệt độ khơng khí khỏi calorife , tk2 = 80℃ + 𝜀∆𝑡 : hệ số hiệu đính , 𝜀∆𝑡 = Vậy ta có : ∆𝑡𝑡𝑏 = (152 − 25) − (152 − 80) = 97 ℃ 152 − 25 𝑙𝑛 152 − 80 Vậy : 78,3 0,95 103 𝐹= = 33,5 𝑚2 22,9 97 Ta chọn kích thước calorife : + Chiều dài: 400 mm + Chiều rộng: 250mm + Đường kính môi chất vào: 100mm a, Trở lực đường ống từ miệng quạt đến calorife - Chọn đường ống dẫn làm tơn sơn có độ nhám 𝜀 = 10−4 𝑚 - Chọn chiều dài ống 𝑙1 = 180𝑚𝑚 - Đường kính ống: 100mm ➢ Trở lực ma sát Vận tốc khơng khí đường ống 𝜔1 = Trong : V1 = 6675 m /h = 1,85 m /s 𝑉1 𝐹1 𝜋 𝑑 3,14 0,12 𝐹1 = = = 7,85 10−3 𝑚2 4 Suy 𝜔1 = 1,85 7,85.10−2 𝑚 = 23,5( ) 𝑠 *Tại 𝑡 = 23℃ ∶ 38 - 𝜌1 = 1,047 (𝑘𝑔/𝑚3 ) 𝑣1 = 15,53 × 10−6 (𝑚2 /𝑠) - Chuẩn số Re: 𝑅𝑒 = 𝜔1 × 𝑑 23,5 × 0,1 = = 151320 > 4000 𝑣1 15,53 × 10−6  Khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy - Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức: 𝜆1 = 0,1(1,46 × 𝜀 100 0.25 + ) 𝑑1 𝑅𝑒 0.25 10−4 100 𝜆1 = 0,1 (1,46 × + ) 0,1 1517707 = 0,02 - Vậy trở lực ma sát ống từ miệng quạt đến calorifer là: ∆𝑝𝑚𝑠1 𝑙1 𝜔2 0,18 23,52 = 𝜆1 × × 𝜌1 × = 0,02 × × 1,047 × = 0,02 (𝑁/𝑚2 ) 𝑑1 0,1 ❖ Trở lực cục Ở ống khuếch tán hình chữ nhật có, ta chọn: 𝑓 0,1×0,095 𝜉=(1- )2=(1) = 0,99 𝜔2 𝐹 1,57×1,152 24,52  ∆𝑝𝑐𝑏1 = 𝜉.𝜌× = 0,99×1,185× = 352 N/m2 2  Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: ∆𝑝1 = ∆𝑝𝑚𝑠1 + ∆𝑝𝑐𝑏1 =6,76+352 = 358,76 N/m2 b Trở lực đoạn ống thẳng từ calorifer đến buồng sấy - Chiều dài ống 𝑙2 = 0,2 𝑚 Đường kính ống 0.1m ❖ Trở lực ma sát - Vận tốc khí đường ống là: 𝜔2 = 𝑉2 𝐹2 Trong đó: V2 = 4902,43 𝑚3 /h = 1,36𝑚3 /s 𝜋 × 𝑑 3,14 × 0.12 𝐹2 = = = 7,85.10−2 (𝑚2 ) 4  𝑠𝑢𝑦 𝑟𝑎 𝜔2 = 1,36 7,85.10−2 = 17,3(𝑚/𝑠) 39 *Tại 𝑡 = 52℃: - 𝜌2 = 1.02 (𝑘𝑔/𝑚3 ) 𝑣2 = 23,13 × 10−6 (𝑚2 /𝑠) - Chuẩn số Re: 𝑅𝑒 = 𝜔2 × 𝑑 17,3 × 0,1 = = 74795 > 4000 𝑣2 23,13 × 10−6  Khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy - Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức: 𝜆2 = 0,1(1,46 × + 100 0,25 ) 𝑅𝑒 0,25 10−4 100 𝜆2 = 0,1 (1,46 × + ) 0,54 74795 = 0,02 - Vậy trở lực ma sát ống từ miệng quạt đến calorifer là: ∆𝑝𝑚𝑠2 𝑙2 𝜔22 0,2 5,922 𝑁 = 𝜆2 × × 𝜌 × = 0,02 × × 1.02 × = 0,13 ( ) 𝑑2 0,54 𝑚 ❖ Trở lực cục Ở ống khuếch tán hình chữ nhật có, ta chọn: 𝑓 0,1×0,2 𝜉=(1- )2=(1) =0,99 𝐹 𝜔2 1,57×1,152 17,32  ∆𝑝𝑐𝑏2 = 𝜉×𝜌× = 0,99×1.02× =15.1 N/m2 2  Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer là: ∆𝑝2 = ∆𝑝𝑚𝑠2 + ∆𝑝𝑐𝑏2 =0,13+ 15,1 =15,23 N/m2 c Trở lực calorifer Chọn theo kinh nghiệm ∆𝑝3 = 70 N/𝑚2 d Trở lực đoạn ống kiểu vát vào buồng sấy: Chọn theo kinh nghiệm ∆𝑝4 = 20 N/𝑚2 e Trở lực buồng sấy: Buồng sấy có tầng sấy xe goong song song nhau, khay cách 50mm Như vậy, coi khơng khí qua kênh có kích thước sau: Buồng sấy có khay sấy xe gng song song nhau, mm, khoảng thơng khí khay dk=50mm Chọn độ nhám khay:𝜀𝑘 =10-6 m 40 Vận tốc đường ống là: ωB=1,7𝑚3 /s - Tại t = 52℃: 𝜌2 = 1.02𝑘𝑔/𝑚3 𝑣2 = 23,13 × 10−6 𝑚/𝑠 • Trở lực cục xe vào: 𝜔𝐵 ∆𝑝𝑣 = 𝜉𝑣 × 𝜌2 × 1,72 = 0,18×1.02× = 0,265N/m2 Với 𝜉𝑣 =0,18 trở lực cục xe vào • Trở lực ma sát xe : ∆𝑝𝑥𝑒 = λ× 𝐿𝑘 𝑑𝑘 × 𝜌2 × 𝜔𝐵 Chuẩn số Re : Re = 𝜔𝐵 ×𝑑𝑘 = 𝑣2 1,7×0,074 23,13×10−6 = 5438,82>4000 → Khơng khí ống theo chế độ chảy rối Giá trị hệ số ma sát tính theo cơng thức : 𝜆2 = 0,1 × (1,46 × 𝜆2 = 0,1 × (1,46 × 10−6 + 0,54 100 5438,82 𝜀𝑘 100 0,25 + ) 𝑑2 𝑅𝑒 )0,25 = 0,037 → Vậy trở lực ống từ miệng quạt đến calorifer : ∆𝑝𝑥𝑒 = λ× 𝐿𝑘 𝑑𝑘 × 𝜌2 × 𝜔𝐵 × 𝑛 = 0,037 × 0,74 0,105 × 1.02 × 1,72 × = 0,77 N/𝑚2 Trở lực cục xe ∆𝑝𝑟 = 𝜉𝑟 × 𝜌2 × 𝜔𝐵 1,72 =0,25×1.02× =0.37 N/m2 Với 𝜉𝑟 =0,25 trở lực cục xe Vậy : ∆𝑝5 =∆𝑝𝑣 +∆𝑝𝑥𝑒 +∆𝑝𝑟 =0,21+0,77+0,37= 1,35N/m2 2.2 Áp suất động khí 𝜔𝑟𝑎 𝑝đ = 𝜌𝐶 × Tại t= 37℃ có: 𝜌𝐶 =1,05 𝑘𝑔/𝑚3 Chọn tốc độ thải khí : 𝜔𝑟𝑎 = m/s Suy : 𝑝đ = 𝜌𝐶 × 𝜔𝑟𝑎 52 = 1,05× =13,12 N/m2 Tổng trở lực hệ thống : 41 ∆𝑝=∆𝑝1 +∆𝑝2 +∆𝑝3 +∆𝑝4 +∆𝑝5 +𝑝đ = 78.87 +12.74 +70 +20 +1,35 +13,12=196.08 N/m2 Chương VI Tính tốn khí động , chọn quạt gió 𝐿𝜌0 3906,25×1,293 - Ta có suất V0= 𝜌2 = 1,0522 =4563,8 m3/h Trong đó: 𝜌0 khối lượng riêng khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn, 𝜌 khối lượng riêng khơng khí khơ nhiệt độ trung bình ∆𝑡= 25+70 =47,5℃ Với ∆p= 138,62 𝑁/𝑚2 chọn chế độ làm việc quạt li tâm II 4-70, No5, có hiệu suất ƞ=0,6 Cơng suất quạt 𝑉0 × ∆𝑝 × 10−3 4563,8 × 138,62 × 10−3 𝑁= = = 0,3 𝑘𝑊 ŋ × 3600 0,6 × 3600 - Công suất động chạy quạt là: 𝑁đ𝑐 = 0,3 0,3 × 𝜑= × 1,2 = 0,36 𝑘𝑊 ŋ𝑡𝑑 42 LỜI CẢM ƠN Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy buồng, em ôn lại kiến thức lý thuyết học học phần Quá trình thiết bị chuyển khối mơn học khác, học cách tính toán thiết kế hệ thống sấy buồng thực tế Đồ án giúp em làm quen với việc tìm tài liệu tra cứu, học cách tính tốn khí giúp em nắm mối quan hệ lý thuyết thực tế Đối với hệ thống sấy buồng này, việc thiết kế, tính tốn dựa nhiều vào công thức thực nghiệm, cho nhiều tài liệu khác Mặt khác nguyên liệu sấy khoai tây cịn chưa có nhiều tài liệu tham khảo nên trình em sử dụng số liệu thay khác Việc sử dụng công thức, số liệu không tránh khỏi sai sót q trình tính tốn tạo nên sai số Để thiết kế xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra chọn chế độ làm việc tối ưu Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều tài liệu lý thuyết khơng có thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điểm chưa thật hợp lý, em mong nhận góp ý, hướng dẫn thêm thầy để hệ thống hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2002 Trần Văn Phú,Kỹ thuật sấy, NXB Giáo dục,2008 Phạm Thị Tải, Trương Đích, Công nghệ sản xuất bia, NXB Lao Động-Xã Hội,2005 Nguyễn Văn Lụa, Kĩ thuật sấy vật liệu, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2001 Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2006 Trần Xoa tác giả, Sổ tay q trình- thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, 1999 Trần Xoa tác giả, Sổ tay q trình- thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 2, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, 1999 Tôn Thất Minh tác giả trình thiết bị chuyển khối, tập 1, NXB ĐHBKHN 2016 44 ... nhân sấy khơng khí nóng 3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy đối lưu phổ biến ứng dụng rộng rãi thực tế hệ thống sấy buồng Bộ phận hệ thống sấy buồng buồng sấy Hệ thống sấy buồng hệ thống. .. ưu nhược điểm loại thiết bị sấy đặc điểm vật liệu sấy , khoai tây với thiết bị sấy hệ thống buồng sấy Buồng sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy mẻ ,năng suất... trình sấy cụ thể hệ thống sấy Buồng sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Hệ thống sấy buồng hệ thống sấy mẻ ,năng suất không lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên cưỡng Sấy nông sản quy