Nghiên cứu quá trình sấy miến dong và thiết kế hệ thống buồng sấy miên dong quy mô làng nghề ở hà nội sử dụng tích hợp nguồn năng lượng tái tạo

MỞ ĐẦU Nông thôn Việt Nam với làng nghề truyền thống đặc biệt vùng châu thổ sơng Hồng Hịa quyện vào đời sống văn hóa - kinh tế - xã hội, làng nghề nơi bảo lưu tinh hoa nghệ thuật kỹ thuật truyền từ đời sang đời khác Với sản phẩm đặc trưng có sắc riêng vùng miền, chứa đựng tiêu biểu độc đáo dân tộc Khung cảnh làng nghề gắn liền sống nơi làng quê với đa, bến nước, sân đình, với đền, chùa, miếu, mạo với lễ hội, hoạt động phường hội, phong tục tập quán, nếp sống đậm nét dân gian, tình làng nghĩa xóm Chứa đựng tính nhân văn sâu sắc Làng nghề Miến dong Cự Đà thuộc xứ Đoài xưa Hà nội ngày làng nghề Việt Nam nước có tiềm lượng mặt trời nước nông nghiệp, nguồn chất thải sinh khối dồi sử dụng kết hợp nguồn lượng mặt trời nguồn lượng sinh khối để sấy miến dong Ở nước ta chưa sử dụng phổ biến thiết bị sấy kết hợp Năng lượng mặt trời-Năng lượng sinh khối để sấy miến dong Sự kết hợp sử dụng Năng lượng mặt trời-Năng lượng sinh khối trình vận hành thiết bị sấy là: Khi trời nắng dùng lượng mặt trời để sấy; Khi trời nắng dùng lượng sinh khối để sấy Hai nguồn lượng bố trí hỗn hợp, vừa độc lập vừa nối tiếp thông qua hộp điều khiển phối hợp Việc kết hợp dạng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời lượng sinh khối) để sấy miến dong cho chi phí sấy thấp sử dụng nguồn lượng rẻ nên khả áp dụng vào thực tế cao Do đó, việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu Quá trình sấy miến dong Thiết kế hệ thống buồng sấy miến dong quy mơ làng nghề Hà Nội sử dụng tích hợp nguồn lượng tái tạo” cần thiết ý nghĩa, đáp ứng yêu cầu làng nghề -1- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sản xuất miến giới Miến loại thực phẩm dạng sợi từ tinh bột sử dụng nhiều quốc gia thuộc khu vực châu Á Trung Quốc, Philipines, Malaysia…, ăn phương Đơng phục vụ châu Âu Bắc Mỹ Nếu trước miến xem ăn đặc trưng châu Á đây, lại phục vụ châu Âu thay cho mì sợi có tính dễ tiêu hóa cao, ăn thích hợp cho số người khơng thích ứng với gluten bột mì bị rối loạn hấp thu ruột 1.1.1 Nguyên liệu cho chế biến miến: Theo tài liệu cơng bố giới có vài nghiên cứu miến dong, phạm vi nghiên cứu thường tập trung vào vấn đề: Tinh bột dong riềng, công nghệ sản xuất miến Tuy nhiên, vấn đề VSATTP cho sản phẩm miến dong chưa đề cập đến Các tiêu để đánh giá chất lượng miến dong nghiên cứu đề cập đến là: Thời gian nấu, độ hao hụt nấu, độ trương nở, giá trị cảm quan, cấu trúc, khả tiêu hóa 1.1.2 Thiết bị cho chế biến miến 1.1.2.1 Dây chuyền sản xuất miến chất lượng cao Trung Quốc Hình Dây chuyền sản xuất miến chất lượng cao Trung Quốc -2- Gồm nhiều thiết bị gắn kết đồng bộ, đại, phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp Các thiết bị dây chuyền gồm: Máy sàng bột khô ZX-800-B suất 3000 kg/ca, Máy thổi bột FS-3T-B suất 3000 kg/ca, Máy trộn hỗn hợp HH-150-B, Máy trộn DJJ-1000-B, Máy chuyền bột định lượng DS-3T-B, Máy làm chín bột ZSJ-1000-B, Máy ép sợi JX-2-B gồm trục vít khn ép sợi lỗ Ø 0,6mm; Máy sấy sơ miến kiểu băng tải (tránh sợi dính nhau) FSY-3T-B, Máy lão hóa miến FSL-3T-B, Máy cắt đoạn miến DQJ-4-B gồm thiết bị định lượng với tốc độ dao cắt khoảng 32 nhát/phút; Băng tải cắt QSJ-4-B, Máy sấy định hình YDJ6WV8-B, Máy sấy khơ HGJ-6WV8-B, Máy làm mát HLJ-6WV8-B, Băng chuyền đóng gói BSJ-250-2M 1.1.2.2 Dây chuyền sản xuất miến ăn liền tấn/ca Trung Quốc Hình Dây chuyền sản xuất miến ăn liền tấn/ca Trung Quốc Quy trình chế biến dây chuyền sau: Nguyên liệu bột + nguyên liệu phụ trợ → bổ sung nước → trộn hỗn hợp dịch → phân chia dịch → làm chín kéo sợi → lão hóa liên tục → băng tải chuyển cắt đoạn thông minh → làm nguội chậm → rửa miến → sấy khô đa tầng liên tục → đóng gói → thành phẩm Dây chuyền gồm có thiết bị đồng sau: Máy trộn bột nằm ngang 100 kg/mẻ; Thùng phân luồng dịch thể trộn, Máy tự làm chín miến, suất 120 kg/h -3- gồm: đầu đùn miến, khuôn, quạt làm mát; Băng tải cắt đoạn thơng minh cắt đoạn lưỡi cắt có đường kính 420mm; Máy làm nguội SP6L2200; Xe đẩy lão hóa đơng lạnh: dùng để lão hóa miến dong xếp xe đưa vào kho lạnh; Máy rửa miến hình bầu dục: rửa miến sau băng tan từ lão hóa kho lạnh; Bồn nước lọc miến dong rửa; Máy sấy khô đa tầng liên tục: sấy khô miến dong theo phương thức sấy hộp liên tiếp, miến đóng gói tự động hóa, suất – tấn/ca Máy sấy miến hệ thống có tầng sấy, thời gian sấy – 2,5 h, với dải nhiệt độ sấy 40 – 800C Độ ẩm miến dong sau sấy đạt - 12% Hệ thống đưa hộp đựng miến dùng dây xích, số lượng hộp 1.100 (mỗi hộp chứa 10 bó miến), kích thước hộp miến: DxΦxC = 1.100 x 120 x 40 mm Điều khiển nhiệt độ tự động Có 14 quạt gió kW 14 máy tản nhiệt với 14 ống gió thép mạ kẽm dày 0,8 1.1.2.3 Thiết bị sấy cho sản xuất nông sản 1.1.2.3.1 Dạng thiết bị sấy cho sản xuất nơng sản Sấy hầm (với xe gng), sấy buồng (với khay), sấy vỉ ngang, sấy tháp đứng, sấy băng tải,… Mỗi dạng có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với loại sản phẩm, phụ thuộc vào trình độ sử dụng, kinh phí đầu tư, hiệu sử dụng,… Thiết bị sấy vỉ sấy tháp thường cho sấy hạt với lượng nguyên liệu lớn Sấy băng tải thường có chi phí đầu tư chi phí vận hành lớn Ở quy mơ làng nghề, phù hợp dạng sấy hầm sấy buồng Hình Sơ đồ máy sấy buồng với khay chứa -4- Hình Sơ đồ nguyên lý sấy hầm với xe gng Hình Máy sấy buồng Trung Quốc để sấy hải sản 1.1.2.3.2 Nguồn lượng cấp nhiệt cho máy sấy Thiết bị sấy dùng nhiều nguồn lượng để cấp nhiệt: Năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch điện than, dầu, ; lượng từ sóng với dải tần số khác nhau, lượng từ nguồn sinh khối củi, phế thải nông lâm nghiệp; -5- lượng tái tạo lượng mặt trời, lượng gió, thủy triều, lượng địa chất… Do nguồn nhiên liệu hóa thạch dần bị cạn kiệt, nhiều nước nghiên cứu thiết bị sấy sử dụng nguồn lượng tái tạo, phải kể đến nguồn lượng thiên nhiên rẻ tiền lượng mặt trời, sau nguồn lượng sinh khối từ phế thải nông lâm nghiệp Những nghiên cứu có thành cơng ngày ứng dụng đời sống sản xuất Năng lượng mặt trời nhận qua dạng phơi nắng trực tiếp (đây phương pháp cổ truyền, hiệu suất thấp, chất lượng sản phẩm không đảm vảo dinh dưỡng an toàn vệ sinh thực phẩm), qua thu lượng dạng hiệu ứng nhà kính, gom thu lượng hiệu suất cao dạng dạng ống Thiết bị gồm hệ thu lượng mặt trời thu phẳng tạo khơng khí nóng nối với buồng sấy Buồng sấy đặt cao thu để tạo đối lưu tự nhiên Thốt ẩm dạng ống khói quạt hút gió tự nhiên nên ẩm tốt hơn, thời gian sấy ngắn không khống chế nhiệt độ thời gian sấy Áo nghiên cứu giúp Zimbabue xây dưng thiết bị sấy kiểu để sấy nông sản, rau -6- Hình Thiết bị sấy nhà sấy dùng nguồn nhiệt từ thu lượng mặt trời Áo xây dựng Zimbabue với thu dạng Hình Bộ thu lượng mặt trời dạng ống Để tăng hiệu suất giảm thời gian sấy, ngưới ta thường lắp hệ thống quạt gió để hút nhiệt từ thu lượng mặt trời đẩy cưỡng qua nguyên liệu sấy Hình Thiết bị sấy dùng lượng mặt trời với đối lưu cưỡng -7- Hình Hệ sấy thóc lượng mặt trời Mỹ Sấy nguồn lượng mặt trời lợi để tiết kiệm lượng rõ ràng Tuy nhiên việc ứng dụng hạn chế vùng miền số nắng ngày bị hạn chế, Ở khu vực có phân mùa không thuận lợi rõ rệt (mùa đông, mùa mưa), vùng thường xuyên bị che khuất,… Do vậy, người ta nghiên cứu để kết hợp sử dụng lượng với nguồn lượng khác, nhằm chủ động sản xuất, điều khiển chế độ công nghệ sấy Sự kết hợp lượng mặt trời với lượng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch (than, dầu,…), nhiên liệu sinh khối (củi, phế thải nơng lâm nghiệp), biogas, điện,… Hình 10 Sơ đồ hệ thống sấy kết hợp lượng mặt trời đốt gas Áo Kết cấu thiết bị sấy tương tự sấy lượng mặt trời đối lưu cưỡng có bổ sung nguồn cấp nhiệt từ nguồn lượng khác để sấy liên tục trời khơng có nắng Trong trường hợp này, có phận điều khiển tự động -8- bán tự động điều khiển để nhiệt độ sấy ổn định Hình 11 Hệ thống sấy mủ cao su kết hợp lượng mặt trời Biogas, Thái Lan 1.2 Tổng quan sản xuất miến dong nước Miến dong riềng Việt Nam có chất lượng tốt nhiều so với loại miến làm từ tinh bột khoai tây sắn So với loại tinh bột khác, tinh bột dong riềng có hàm lượng amylose cao (từ 25-30%) Gel tinh bột dong riềng có khả tái kết tinh cao suốt, nên chất lượng miến cao Nhiều tỉnh có trồng dong riềng làm nguyên liệu hình thành hộ tư nhân chế biến củ dong riềng thành tinh bột cung cấp cho sở chế biến sản xuất miến dong Một số làng nghề miến dong tiếng phía Bắc gồm Xã Bình Lư (huyện Tam Đường, Lai châu), huyện Si Ma Cai (Lào cai), xã Phan Thanh (Thành Công, Quang Thành, thị trấn Tĩnh Túc, Cao Bằng), Xã Húc Động (Bình Liêu, Quảng Ninh), xã Cơn Minh (huyện Na Rì, Bắc Kạn), Giới Phiên (thành phố Yên Bái), Xã Việt Cường (huyện Đồng Hỷ, Thái nguyên), xã Cát Quế, Dương Liễu Minh Khai (Hồi Đức, Hà Nội), Thơn Phú Diễn (Hữu Lê, Thanh Trì, Hà Nội), xã Tứ Dân (huyện Khối Châu, Hưng n) Riêng làng nghề thơn Cự Đà, xã Cự Khê, huyện Thanh Oai, Hà Nội có truyền thống từ hàng trăm năm với hàng chục hộ dân làm miến Miến dong Bắc Kạn với sở sản xuất Tân Sơn thuộc Công ty cổ phần Quang -9- Minh không đáp ứng thị trường nước mà vươn thị trường Liên bang Nga Với giá bán từ 45.000 đến 50.000 đồng/kg, nhiều gia đình thu hàng chục triệu đồng sau vụ miến Hình 12 Cân đóng gói miến dong sở sản xuất Miến dong Việt Cường (xã Hóa Thượng, Đồng Hỷ, Thái ngun) có 110 hộ gia đình 50 hộ làm nghề miến Để tạo điều kiện cho bà xóm phát triển ngành nghề, quyền địa phương có nhiều sách hỗ trợ giàn phơi, thùng quấy bột, máy móc sản xuất Năm 2011 có 10 hộ sản nhà nước hỗ trợ 75% vốn đầu tư mua máy móc Nhờ làm miến mà bà xóm có thu nhập ổn định, nhiều hộ năm thu lãi 200 - 300 triệu đồng Miến dong Lại Trạch (xã Yên Phú, Yên Mỹ, Hưng Yên) đem lại cho người dân thu nhập từ 100 - 150 triệu đồng/hộ/năm, tạo việc làm cho gần 400 người thôn 100 lao động địa phương khác Miến dong Hà Nội: Gần đây, nhu cầu thị trường ngày cao nên làng nghề làm miến Hà Nội ngày phát triển Mỗi ngày có hàng trăm miến, mỳ loại xuất bán khắp miền, đem lại thu nhập cao cho người dân làm nghề Tổng số sở chế biến miến ba làng nghề sản xuất miến Cự Đà (Thanh Oai); Phú Diễn, Hữu Lê (Thanh Trì) khoảng 50, Cự Đà nhiều -10- Hình 41: Sơ đồ mặt bố trí 75 phên/xe Kích thước mặt bố trí phên: Với kích thước tổng thể buồng sấy chọn DxRxC = 5500x3200x3000 mm Phần cửa thoát ẩm chọn 300mm phần khung buồng sấy 50mm kích thước lịng buồng sấy là: DxRxC = 5100x3100x3000 mm Phên có kích thước DxRxC = 2200x1000x5 mm để khoảng cách đường gió xe 140mm Khoảng cách thành sau buồng sấy xe 500mm để bố trí kênh phân phối gió Chiều cao mặt đất đến chắn ngang đỡ phên 2000mm kích thước xe là: DxRxC = 2700x1100x2000mm Kết cấu, kích thước sơ xe goòng: - Khung xe làm thép V50 ghép mối hàn chắn, chứa 75 phên lắp di động 04 bánh xe (02 bánh cố định 02 bánh tự lựa) - Theo sơ đồ kích thước phủ bì mặt xe goòng (mm): a x b = 2700 x 1100 - Với chiều dài phên miến dong 2200 mm Như để đảm bảo cho phên bánh dựng xe với góc nghiêng nhỏ khơng bị đổ, chọn chiều cao tổng thể xe 2000 mm Trong đó: + Chiều cao từ mặt sàn đỡ phên lên đỉnh xe: 1700 (mm) + Khoảng cách từ mặt sàn đỡ phên xuống mặt đất: 250 mm Như vậy, kích thước xe gng (mm): a x b x h = 2700 x 1100 x 2000 -81- Hình 42: Sơ đồ cấu tạo xe gng Kích thước lòng buồng sấy: Chiều dài A: Dựa kích thước xe gng, xe có kích thước (mm): a x b x h = 2700 x 1100 x 2000 + Số lượng xe n = + Kích thước theo chiều rộng xe gng là: b = 1100 (mm) + Khoảng cách xe với nhau: l1 = 140 (mm) + Với xe ta có số khe: r1 = + Khoảng cách xe với vách đầu hồi: l2 = 140(mm) + Giữa vách đầu hồi xe ngồi cùng, ta có số khe: r2 = => Khoảng cách lòng buồng sấy theo chiều dài A: A = n x b + l1 x r1 + l2 x r2 = x 1100 + 140 x + 140 x = 5100 (mm) -82- Chiều rộng B: + Kích thước theo chiều dài xe goòng là: a = 2700 (mm) + Khoảng cách xe gng đến vách mặt sau (vì kênh phân phối TNS có kích thước 300 x 300 mm) là: m = 360 (mm) + Khoảng cách đầu xe goòng đến vách mặt trước là: k = 40 (mm) => Khoảng cách lòng buồng sấy theo chiều rộng B: B = a + m + k = 2700 + 360 + 40 = 3100 (mm) Chiều dài H: + Kích thước theo chiều cao xe gng là: h = 2000 (mm) + Khoảng cách đỉnh xe goòng đến vách trần là: p = 1000 (mm) => Khoảng cách lòng buồng sấy theo chiều cao H: H = h + p = 2000 + 1000 = 3000 (mm) Vậy, kích thước bên buồng sấy: A x B x H =5100 x 3100 x 3000 3.8 Tính tốn, lựa chọn quạt gió cho thiết bị sấy 3.8.1 Các thơng số cho trước - Dịng tác nhân sấy: T1 = 400C, φ0 = 27% - Dịng khí thải hệ thống sấy: T2 = 330C, φ0 = 47,5% - Lưu lượng thể tích khơng khí cần thiết cho trình sấy: V = 20.970 m3/h - Bộ thu lượng mặt trời: gồm modul modul dãy, dãy thu có kích thước l x b x h = 1,65 x 1,2 x 0,15 m - Kích thước lòng buồng sấy: D x R x C = 5,5 x 3,2 x 3,0 m - Khe hở vòng xoắn trao đổi nhiệt b = 0,2 m, chiều rộng khe h = 2,4m, chiều dài thép vịng xoắn: l = 12,3 m 3.8.2 Tính tốn trở lực hệ thống sấy miến dong thông số quạt gió -83- a Tính tốn trở lực hệ thống sấy Coi thiết bị mà dịng khí qua ống dẫn tổng tổn thất áp lực gồm [7; 8]: (mmH2O) ∆P = ∆Pt + ∆Pđ Trong đó: ∆Pđ – Tổn thất áp suất động dịng khí (áp suất động khí thải cửa xả): ∆Pđ = ρ × v2 2× g (mmH2O) ∆Pt – Tổn thất áp suất tĩnh, áp suất tiêu hao để khắc phục trở lực ma sát dịng khí với thành ống dẫn, khắc phục trở lực cục thay đổi hướng gió giãn nở (do tiết diện ống thay đổi) dịng khí gây Tổn thất tỷ lệ với áp suất động theo công thức sau [1; 7; 8]: l   ρ ×v ∆Pt =  λ × + ∑ ξ i  × d   2× g (mmH2O) Trong đó: ρ – khối lượng riêng khơng khí, kg/m3 v – vận tốc khơng khí ống, m/s g – gia tốc trọng trường, m/s2 λ – hệ số ma sát dịng khí với vật liệu thành ống l – chiều dài di chuyển dịng khí ống, m d – đường kính (hoặc tương đương) ống dẫn, m ξi – hệ số tổn thất cục điểm ống xác định thực nghiệm cho bảng Tổn thất áp lực ∆Pt dịng khí tính cho thiết bị hệ thống sấy mà dịng khí qua Trong hệ thống sấy miến dong này, có kết hợp hai nguồn lượng lấy từ thu lượng mặt trời lấy từ trao đổi nhiệt khí khói lị đốt sinh khối Việc kết hợp có trường hợp phải dùng đồng thời hai -84- nguồn lượng mặt trời khơng đủ Khi dịng khơng khí quạt hút phải qua thu lượng mặt trời tiếp qua trao đổi nhiệt khí khói để nhận thêm nhiệt, trường hợp dịng khơng khí có trở lực lớn Do trường hợp dùng để tính tốn chn qut Bộ thu luợng mặt trời Không khí Trao đổi nhiệt Không khí Khí thải Buồng sấy Quạt giã Hình 43 Sơ đồ di chuyển dịng khí qua thiết bị hệ thống sấy Các thiết bị hệ thống sấy miến dong gồm: Bộ thu lượng mặt trời, thiết bị trao đổi nhiệt khí khói, buồng sấy, hệ thống đường ống (Hình 1) Do vậy, tổng trở lực hệ thống sấy là: ∆P = (∆PtTNLMT + ∆PtTĐT + ∆PtBS + ∆PtĐ.Ô ) + ∆Pđ a.1 Trở lực thu lượng mặt trời ∆PtTNLMT Bộ thu lượng mặt trời ghép nối mô-đun với Tổng số có 27 mơ-đun chia làm dãy, dãy mơ-đun - Mỗi mơ đun có kích thước b x l = 1,2 x 1,65 m - Kích thước miệng mơ-đun b x h = 1,2 x 0,15 m Như vậy: + Chiều dài dịng khí dãy L = 1,65 x = 14,85 m + Diện tích mặt cắt ngang dịng khơng khí là: F = b x h = 1,2 x 0,15 = 0,18 m2 -85- Nếu coi tiết diện mô-đun ống dẫn trịn đường kính tương đương là: d td = × b × h × 1,2 × 0,15 = = 0,267 m b+h 1,2 + 0,15 Coi dòng khơng khí thu lượng mặt trời có nhiệt độ trung bình T = 600C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,06 kg/m3, độ nhớt động học υ = 18,97.10-6 m2/s Lưu lượng khí cần thiết cho thiết bị sấy qua dãy thu chia đều, vận tốc dịng khí thu lượng mặt trời là: ν= V 20.970 = = 2,154 m/s 3600 × × F 3600 × × 0,18 Do đó, chuẩn số Reynolds khơng khí trạng thái là: Re = v × d td υ = 2,154 × 0,267 = 30.317 18,97 × 10 − Do Re ≤ 100.000 nên hệ số ma sát λ khơng khí với thành ống (thành thu lượng mặt trời) tính theo cơng thức Boladiut: λ= 0,316 Re = 0,316 30317 = 0,0239 Giả sử kích thước miệng ống nối dãy với với ống dẫn khí trao đổi nhiệt khí khói b x h = 0,4 x 0,15 m tiết diện ống nối dãy f = 0,4 x 0,15 = 0,06 m2, có đột thu (thay đổi tốc độ gió), gập vng góc 900 (chuyển hướng dòng) 2 f   0,06   Với đột thu hệ số trở lực cục ξ1 = 1 −  = 1 −  = 0,889  F  0,18  Với gập vuông tiết diện ống hình chữ nhật hệ số trở lực cục tính bằng: ξ = 0,15 × µ × η -86- Với tỷ số b 0,15 = = 0,375 lấy µ = 1,5, gập vuông 90 nên lấy η = [7; 8] h 0,4 Do hệ số trở lực cục bộ: = 1,1 ì ì = 1,1 × × 1,5 = 1,65 Như vậy, tổng hệ số trở lực cục là: ∑ξ i = 0,889 × + 1,65 × = 7,617 Trở lực thu lượng mặt trời là: 14,85   1,06 × 2,154 ∆PtTNLMT =  0,0239 × + 7,617  × = 2,24 mmH2O 0,267 × 9,81   a.2 Trở lực thiết bị trao đổi nhiệt lò đốt sinh khối ∆PtTĐN Với kích thước thiết kế trao đổi nhiệt xoắn ốc: - Đường kính ngồi đường kính trong: D = 2,216 m; d = 1,002 m, Số vịng xốy: n = - Chiều dài thép: l = 12,3 m, Khe hở vòng xoắn b = 0,2 m, Chiều rộng khe h = 2,4 m Như vậy, diện tích mặt cắt ngang dịng khơng khí là: F = b x h = 0,2 x 2,4 = 0,48 m2 Nếu coi ống dẫn tiết diện tròn đường kính tương đương là: d td = × b × h × 0, × 2, = = 0, 369 mm b+h 0, + 2, Coi dịng khơng khí trao đổi nhiệt có nhiệt độ trung bình T = 600C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,06 kg/m3, độ nhớt động học υ = 18,97.10-6 m2/s Vận tốc dịng khí trao đổi nhiệt là: ν= 20.970 V = = 12,13 m/s 3600 × × F 3600 × 0, 48 Do đó, chuẩn số Reynolds khơng khí trạng thái là: -87- Re = v × dtd υ = 12,13 × 0,369 = 235.950 18, 97 × 10−6 Do Re > 100.000 nên hệ số ma sát dịng khí với vật liệu thép vịng xoắn trao đổi nhiệt tính là: λ= 1 = = 0, 0123 (1,82 × lg Re − 1, 64) (1,82 × lg 235.950 − 1, 64)2 Với đường kính trung bình trao đổi nhiệt 1,6 m dịng khí có hướng gập cong với hệ số trở lực cục tính [8]: i = 0,15 ì ì Coi vòng xoắn trao đổi nhiệt ống cong 1800 liên tục vịng có lần cong, với vịng xoắn có lần dịng khí chuyển hướng cong, lấy η = 1,6 x = 9,6 Với tỷ số b 0, = = 0, 083 lấy µ = 1,5 [7; 8] Như vậy, tổng h 2, hệ số trở lực cục là: ∑ ξi = 0,15 × 1,5 × 9, = 2,16 Trở lực trao đổi nhiệt là: ∆PtTĐT 12,3 1, 06 × 12,132 = (0, 0123 × + 2,16) × = 20, 43 mmH2O 0,369 × 9,81 a.3 Trở lực buồng sấy ∆PtBS Đối với sấy buồng, buồng sấy có chứa xe đẩy với xắp xếp nguyên liệu sấy khơng đồng nhất, nên dịng tác nhân di chuyển bị nhiều cản trở cục nhiều dạng khác nhau, việc tính tốn trở lực dịng tác nhân sấy khó khăn thường xác định theo đo đạc sụt áp thực tế, từ theo kinh nghiệm để chọn trở lực cho thiết kế sau Với buồng sấy có chứa xe đẩy với phên chứa miến dong thiết kế theo kích thước: dài x rộng x cao = 5,5 x 3,2 x 3,0 m, trở lực buồng sấy chọn -88- theo kinh nghiệm khoảng 15 ÷ 18 mmH2O, lấy ∆PtBS = 18 mmH2O a.4 Trở lực hệ thống đường ống dẫn ∆PtĐÔ Hệ thống đường ống dẫn gồm đoạn ống: - Ống dẫn khí từ thu lượng mặt trời tới trao đổi nhiệt khí khói; - Ống dẫn khí từ trao đổi nhiệt khí khói tới hịa trộn khí cửa quạt; - Ồng dẫn khí từ miệng quạt tới buồng sấy Trở lực hệ thống đường ống tổng trở lực đoạn ống này: ∆PtĐ.Ô = ∆PtĐ.Ô1 + ∆PtĐ.Ô + ∆PtĐ.Ô - (mmH2O) Ống dẫn khí từ thu lượng mặt trời tới trao đổi nhiệt khí khói có kích thước: b x h = 0,5 x 0,5 m, giả sử chiều dài l1 = m Như vậy, diện tích mặt cắt ngang dịng khơng khí là: F = b x h = 0,5 x 0,5 = 0,25 m2, Nếu coi ống dẫn tiết diện trịn đường kính tương đương là: d td = × b × h × 0,5 × 0,5 = = 0,5 b+h 0,5 + 0, Coi dịng khơng khí ống có nhiệt độ T = 600C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,06 kg/m3, độ nhớt động học υ = 18,97.10-6 m2/s Vận tốc dịng khí trao đổi nhiệt là: v = 12,13m/s Chuẩn số Reynolds không khí trạng thái là: Re = v × dtd υ = 12,13 × 0,369 = 235.950 18, 97 × 10−6 Với Re > 100.000 hệ số ma sát λ tính theo Conacop: λ= (1,82 × lg Re − 1,64)2 -89- Do hệ số ma sát dịng khí với thành ống là: λ= 1 = = 0, 0123 (1,82 × lg Re − 1, 64) (1,82 × lg 235.950 − 1, 64)2 Ống dẫn có cút trơn 900 hai đầu để nối vào thu lượng mặt trời vào trao đổi nhiệt khí khói Cút lượn tròn với r/dtđ = 2, nên hệ số trở lực cục chọn: ξ1 = 0,1 x = 0,2 Do đó: ∆PtĐ.Ơ1 = (0, 0123 × 1, 06 × 12,132 + 0, 2) × = 2,53 mmH2O 0,5 × 9,81 Ống dẫn khí từ trao đổi nhiệt khí khói tới hịa trộn khí cửa quạt có kích thước: d2 = 0,5 m, có chiều dài l2 = 0,5 m Như vậy, diện tích mặt cắt ngang dịng khơng khí là: F= Π × d 3,14 × 0,52 = = 0.196 m 4 Coi dịng khơng khí ống có nhiệt độ T = 600C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,06 kg/m3, độ nhớt động học υ = 18,97.10-6 m2/s Vận tốc dịng khí trao đổi nhiệt là: ν = V 20.970 = = 29,15 3600 × F 3600 × 0,196 Chuẩn số Reynolds khơng khí trạng thái là: Re = v × dtd υ = 29,15 × 0, 25 = 384.159 18, 97 ×10 −6 Do hệ số ma sát dịng khí với thành ống là: λ= 1 = = 0, 0137 (1,82 × lg Re − 1, 64) (1,82 × lg 384.159 − 1, 64) Ống dẫn có cút trơn 900 hai đầu để nối vào trao đổi nhiệt khí khói vào quạt Cút lượn trịn với r/dtđ = 2, nên hệ số trở lực cục chọn: ξ2 = 0,1 x = 0,2 -90- Do đó: ∆PtĐ.Ơ 0,5 1, 06 × 29,152 = (0, 0137 × + 0, 2) × = 6, 43 mmH2O 0, 25 × 9,81 -Ồng dẫn khí từ miệng quạt tới buồng sấy có kích thước: b x h = 0,5 x 0,5 giả sử chiều dài l3 = 2,0 m Như vậy, diện tích mặt cắt ngang dịng khơng khí là: F = b x h = 0,5 x 0,5 = 0,25 m2, Nếu coi ống dẫn tiết diện trịn đường kính tương đương là: d td = × b × h × 0,5 × 0,5 = = 0,5 m b+h 0,5 + 0, -Dịng khơng khí ống tác nhân sấy hịa trộn nên có nhiệt độ T = 400C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,128 kg/m3, độ nhớt động học υ = 16,96.10-6 m2/s Vận tốc dịng khí trao đổi nhiệt là:ν = V 20.970 = = 23,3 m/s 3600 × F 3600 × 0, 25 Chuẩn số Reynolds khơng khí trạng thái là: Re = v × dtd υ = 23, × 0, 25 = 307.063 18,97 × 10−6 Do hệ số ma sát dịng khí với thành ống là: λ= 1 = = 0, 0143 (1,82 × lg Re − 1, 64) (1,82 × lg 307.603 − 1, 64)2 Ống dẫn có cút trơn 900 hai đầu để nối vào quạt vào buống sấy Cút lượn tròn với r/dtđ = 2, nên hệ số trở lực cục chọn: ξ3 = 0,1 x = 0,2 Do đó: ∆PtĐ.Ơ = (0, 0143 × 1,128 × 23,32 + 0, 2) × = 7,87 0,5 × 9,81 Trở lực hệ thống đường ống là: -91- ∆PtĐ.Ô = 2,53 + 6, 43 + 7,87 = 16,83 mmH2O a.5 Tổn thất áp suất động dịng khí ∆Pđ Tổn thất áp suất động dịng khí: ∆Pđ = ρ × v2 (mmH2O) 2× g Khí xả có nhiệt độ T = 330C dịng khí có khối lượng riêng ρ = 1,16 kg/m3, độ nhớt động học υ = 16,3.10-6 m2/s Với cửa xả khí buồng sấy có tiết diện F = b x h = 0,5 x 3,0 = 2,4 m2, vận tốc dịng khí trao đổi nhiệt là: ν = V 20.970 = = 3,9 m/s 3600 × F 3600 × 1,5 1,16 × 3,92 = 0,89 mmH2O Như vậy, ∆Pđ = × 9,81 Do đó, tổng trở lực hệ thống sấy miến dong là: ∆P = (∆PtTNLMT + ∆PtTĐT + ∆PtBS + ∆PtĐ.Ô ) + ∆Pđ ∆P = 2, 24 + 20, 43 + 18 + 16,83 + 0,89 = 58, 39 mmH2O b.Tính tốn cơng suất quạt động Cơng suất quạt tính theo: N= k × V × ρ × ∆P 3600 × 102 × ρ × η q (kW) Trong đó: k – hệ số dự trữ, thường lấy = 1,1÷1,2, chọn k = 1,2 V – lưu lượng thể tích khơng khí khơ cần thiết, m3/h ρ – khối lượng riêng khơng khí khơ m3 khơng khí ẩm, kg/m3 ρ0 – khối lượng riêng khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn, = 1,29 kg/m3 ηq – hiệu suất quạt, thường = 0,4 ÷ 0,6 Chọn ηq = 0,5 Ở nhiệt độ trung bình tác nhân sấy T = 450C ρ = 1,128 kg/m3 Do đó, với V = 20.970 m3/h tổng trở lực hệ thống sấy ∆P = 69.94 mmH2O, công suất quạt là: -92- N= 1, × 20.970 × 1, 29 × 58,39 = 9,15 kW 3600 × 102 × 1,128 × 0,5 Với truyền động gián tiếp nên hiệu suất truyền động ηtđ = 0,85 Do đó, cơng suất động kéo quạt là: N đc = N 9,15 = = 10, 76 chọn động quạt làm trịn 11kW 0,85 0,85 Lựa chọn quạt gió cho thiết bị sấy Việc lựa chọn quạt gió dựa kết tính tốn sở khác như: lưu lượng gió cung cấp V (m3/h), tổng trở lực ∆P (mmH2O), công suất động Nđc (kW), vận tốc vòng quay để đảm bảo độ bền học tiếng ồn, kiểu quạt, kiểu truyền động Với lưu lượng V= 20.970 m3/h trở lực hệ thống 58,39 mmH2O kiểu quạt ly tâm phù hợp Tốc độ 1450 v/ph tốc độ động phổ thơng nhất, có giá thành hợp lý nên chọn Từ phân tích trên, dựa vào thơng số quạt gió có sẵn thị trường nhà sản xuất phân phối, chọn quạt có thơng số sau: - Kiểu quạt: Ly tâm - Kiểu truyền động: gián tiueeps - Lưu lượng gió: V = 20.000 ÷ 25.000 m3/h - Cột áp: P = 80 mmH2O - Vận tốc guồng cánh: 1450 v/ph - Động điện: công suất Nđc = 11 kW; 380 V/50 Hz; n = 1450 v/ph -93- CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết Luận Về bản, tác giả hoàn thành nội dung yêu cầu luận văn thạc sỹ kỹ thuật hóa học Cụ thể : Về tổng quan Đã Tổng quan, đánh giá tình hình nghiên cứu cơng nghệ thiết bị chế biến miến dong giới Việt Nam Các kết tổng quan làm sở cho nghiên cứu thiết kế đề tài nhằm đảm bảo kết nghiên cứu khoa học đề tài có tính khoa học phù hợp với nhu cầu thực tiễn làng nghề chế biến miến dong Đã tìm hiểu thực tế cơng nghệ biện pháp làm khô miến dong làng nghề cho thấy chưa có máy sấy áp dụng, hầu hết người sản xuất dùng biện pháp phơi nắng chủ yếu Đã đề xuất sơ đồ thiết kế tổng thể máy sấy miến dong ứng dụng cho quy mô sản xuất làng nghề Việt Nam Đã nghiên cứu xác định quy trình cơng nghệ Kết sau: Xác định độ ẩm đầu vào, nhiệt độ tốc độ gió thích hợp cho q trình sấy miến dong: nhiệt độ 370- 450 C tốc độ gió từ 0,2-1,6m/s, đảm bảo tốc độ thoát ẩm tối ưu trình sấy 0,3 – 0,5% ẩm/phút cho chất lượng miến dong tốt, dẻo, dai, sấy Xác định ảnh hưởng thời gian sấy, độ ẩm sản phẩm miến dong sau sấy đến chất lượng thời gian bảo quản: Thời gian sấy đến 4,5giờ sản phẩm có chất lượng tốt Xây dựng quy trình cơng nghệ sấy miến dong phù hợp với điều kiện sản xuất làng nghề: Độ ẩm tối ưu sản phẩm sau trình sấy khoảng 14 đến 16% Tốc độ gió tối ưu 1,2m/s, nhiệt độ sấy 390C thích hợp với điều kiện độ ẩm khí nóng Xây dựng quy trình sấy phù hợp với điều kiện sản xuất làng nghề -94- Đã nghiên cứu tính tốn nhiệt Kết sau: Lượng khơng khí khô cần thiết để bay ẩm 22.880 kgkk/h, để bốc kg ẩm 400 kgkk/kg ẩm Lưu lượng thể tích trung bình tác nhân sấy 20.970 m3/h (= 5,82 m3/s) Độ ẩm tác nhân vào ra: φ1 = 27%, φ2 = 47,5% Tổng lượng nhiệt tiêu hao để bay ẩm 462.453,99 kJ/h, để bay kg ẩm 8.280 kJ/kg ẩm Và hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy tính η=30,6% Đã tính tốn xác định trở lực hệ thống 58,39 mmH2O., tính cơng suất quạt gió u cầu Chọn quạt gió để cung cấp tác nhân sấy Đã đề xuất mơ hình thiết bị sấy Trên sở tính tốn nhiệt tính tốn, lựa chọn thơng số cho thiết bị bên buồng sấy Đưa thơng số tính tốn thiết bị buồng sấy, sở để thiết kế thiết bị bên đưa vẽ lắp, vẽ chế tạo phục vụ cho trình chế tạo chi tiết lắp ráp thiết bị buồng sấy sau Tính tốn trở lực hệ thống, cơng suất quạt gió u cầu, chọn quạt theo chế độ quy trình cơng nghệ sấy miến dong đặt 4.2 Kiến nghị Về tác giả đạt mục tiêu đặt ra, nhiên số hạn chế cần tiếp tục hoàn thiện nghiên cứu như: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sấy,tính tốn thiết kế thiết bị buồng sấy có dựa kinh nghiệm thực tế khảo sát thiết bị buồng sấy khác sử dụng Vì đề tài kiến nghị Thầy hướng dẫn hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ kỹ thuật Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cho phép tác giả làm thủ tục bảo vệ -95- ... trời lượng sinh khối phù hợp quy mô làng nghề Hà Nội Thiết kế hệ thống sấy miến dong hiệu quả, tính tốn thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt hệ thống nhiệt sử dụng tích hợp nguồn lượng mặt trời lượng. .. thiết bị sấy miến dong giới Việt Nam 2.2.2 Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sấy miến dong Nghiên cứu xác định độ ẩm đầu vào, nhiệt độ sấy tốc độ gió thích hợp cho q trình sấy miến dong Nghiên cứu. .. 1.2.3 Quy trình sản xuất miến dong làng nghề Hà nội nay: Hiện tại, làng nghề khu vực phía Bắc sử dụng hai quy trình cơng nghệ sản xuất miến dong: Quy trình theo cơng nghệ ép đùn (Hình 28) Quy trình