Đồ án thiết kế hệ thống sấy cám thủy sản sử dụng máy sấy băng tải

Đồ án thiết kế hệ thống cám thủy sản sử dụng máy sấy băn tải và các bản vẽ liê quan: Bản vẽ chi tiết hệ thống sấy, bản vẽ nguyên lý hoạt động hệ thống sấy, bản vẽ tổng thể hệ thống sấy, bản vẽ chi tiết thiết bị phụ xyclone, quạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG & THIẾT BỊ NHIỆT Đề tài: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy băng tải sử dụng lưới PET dây chuyền sản xuất cám thủy sản Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lại Ngọc Anh Sinh viên thực hiện: MSSV: Chuyên ngành: Ngô Quang Nguyên 20172087 Hệ thống thiết bị nhiệt Hà Nội, 07/2021 ĐỀ TÀI Họ tên: Khố: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Ngơ Quang Ngun MSSV:20172087 K.62 Đề tài: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI SỬ DỤNG LƯỚI PET TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CÁM THỦY SẢN I Những số liệu ban đầu: * Năng suất cấp vật liệu sấy: G1 = 5000 kg/h * Địa điệm xây lắp: Hà Nam II Nội dung thiết kế: Tìm hiểu vật liệu cơng nghệ sấy; Tính q trình sấy lý thuyết thiết kế sơ HTS; Tính cân nhiệt ẩm tính q trình sấy thực; Thiết kế chi tiết hệ thống sấy; Tóm tắt kết luận III Bản vẽ Bản vẽ tổng thể hệ thống sấy Các vẽ chi tiết IV Thời gian thiết kế: Ngày giao đầu đề: 19/03/ 2021 Ngày hoàn thành: 22/07/ 2021 V Cán hướng dẫn: PGS Lại Ngọc Anh Cán hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS Lại Ngọc Anh giảng viên Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh nói riêng dạy dỗ, truyền đạt cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có kiến thức vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập thực đồ án TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Với đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy băng tải sử dụng lưới PET dây chuyền sản xuất cám thủy sản” đồ án này, em xin phép trình bày tổng quan vật liệu sấy cám thủy sản tình hình sản xuất chế biến cám thủy sản nước ta Lựa chọn phương pháp phù hợp để sấy cám thủy sản Áp dụng kiến thức học tiến hành tính tốn trình sấy lý thuyết trình sấy thực cho sấy thẳng sấy hồi lưu, từ so sánh chọn phương pháp sấy tối lưu sấy hồi lưu phần Thông qua kết tính tốn tiến hành thiết kế, lựa chọn thiết bị hệ thống sấy Thông qua trình thực đồ án này, em có hội vận dụng kiến thức học vào tính tốn, thiết kế thiết bị thực tế Đây trải nghiệm vô quý giá giúp em có thêm kiến thức thực tiễn tự tin rời khỏi ghế giảng đường đại học Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, em kính mong đánh giá, góp ý q thầy cô Hà Nội, ngày 22 tháng 07 năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu sấy Khái niệm phân loại Thành phần dinh dưỡng thức ăn thủy sản Tình hình sản xuất cám thủy sản giới Việt Nam 1.2 Công nghệ thiết bị sấy cám thủy sản Quy trình sản xuất Công nghệ sấy cám thủy sản Các hệ thống sấy cám thủy sản phổ biến 1.3 Lựa chọn công nghệ chế độ sấy 14 Lựa chọn công nghệ sấy 14 Lựa chọn chế độ sấy cho cám thủy sản 14 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 16 2.1 Tính lượng ẩm bay 16 2.2 Tính tốn q trình sấy thẳng 16 Các thông số tác nhân sấy điểm nút 0,1,2 16 Lượng khơng khí cần cấp cho hệ thống sấy 19 Công suất nhiệt cần cấp cho hệ thống sấy 20 2.3 Tính tốn q trình sấy hồi lưu 20 Xác định thông số tác nhân sấy điểm nút 21 Xác định lưu lượng tác nhân sấy cần cấp cho hệ thống sấy24 Công suất nhiệt cần cấp cho hệ thống sấy 24 2.4 So sánh tính tốn q trình sấy lý thuyết hai phương pháp sấy thẳng sấy hồi lưu 25 Quá trình sấy hồi lưu 25 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY THỰC 26 3.1 Tính kích thước thiết bị sấy 26 Tính số lượng băng tải 26 Tính lăn đỡ băng 26 Tính kích thước thân thiết bị 27 3.2 Tính q trình sấy thẳng 27 Nhiệt tổn thất vật liệu sấy mang 27 Nhiệt tổn thất thiết bị truyền tải 28 Nhiệt bổ sung 28 Nhiệt tổn thất bên ngồi mơi trường 28 Xác định thơng số q trình sấy thực tế 33 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 41 4.1 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt (Calorifer) 41 4.2 Tính tốn trở lực chọn quạt 45 Tính trở lực 45 Chọn quạt cho hệ thống 47 4.3 Tính chọn xyclone 47 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 - Cám thủy sản Hình 1-2 - Thành phần nguyên liệu chế biến thức ăn thủy sản Hình 1-3 - Nhu cầu thức ăn cho cá từ năm 2010-2030 giới Hình 1-4 - Máy sấy thùng quay thực tế 10 Hình 1-5 - Tháp sấy 11 Hình 1-6 - Máy sấy vĩ ngang 12 Hình 1-7 - Nguyên lý hoạt động máy sấy vĩ ngang đảo chiều gió 12 Hình 1-8 - Máy sấy băng tải thực tế 13 Hình 2-1 - Đồ thị I-d trình sấy thẳng [3] 16 Hình 2-2 - Thực nghiệm dự đốn độ ẩm q trình sấy thức ăn cho cá vận tốc dịng khí 2,5 m/s 18 Hình 2-3 Đồ thị I-d trình sấy hồi lưu [3] 20 Hình 3-1 Đồ thị phụ thuộc thơng số tác nhân sấy ∆ 34 Hình 4-1 Catalog quạt ly tâm chọn theo phần mềm Fantech 47 Hình 4-2 Cấu tạo Xyclon kích thước 48 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu sấy Khái niệm phân loại Cám thủy sản loại sản phẩm cung cấp dinh dưỡng, thành phần có lợi cho phát triển động vật thủy sản, bao gồm thức ăn hỗn hợp, chất bổ sung, thức ăn tươi sống, Hình ảnh cám thủy sản thể hình 1-1 Hình 1-1 - Cám thủy sản Thành phần cám thủy sản bao gồm: nhóm cung cấp lượng, nhóm cung cấp protein chất phụ gia • Nhóm ngun liệu thức ăn thủy sản cung cấp protein: + Protein động vật: nhóm có hàm lượng protein từ 50% trở lên thường hiệu nguồn protein thực vật Các nguồn protein động vật sử dụng thức ăn thủy sản là: bột cá, bột đầu tôm, bột huyết, bột mực,…; bột cá xem nguồn protein thích hợp cho tất lồi tơm cá nuôi + Protein thực vật: nguồn cung cấp protein thực vật quan trọng hạt có dầu đậu nành, đậu phộng,… Nhóm nguyên liệu phụ gia sử dụng nhiều thức ăn thủy sản với mục đích thay nguồn protein bột cá, nhằm giảm giá thành thức ăn Tuy nhiên sử dụng nguồn protein thực vật gặp phải số trở ngại như: độ tiêu hóa thấp, thường chứa chất kháng dinh dưỡng độc tố, không cân đối axit amin • Nhóm ngun liệu thức ăn thủy sản cung cấp lượng: + Tinh bột: thành phần chủ yếu mô loại khoai củ, ngũ cốc phụ phẩm nơng nghiệp cám gạo, cám mì Tinh bột có hàm lượng protein thấp (khơng q 20%) acid amin thấp khoảng 2-5%; + Dầu động thực vật: nguồn cung cấp lượng quan trọng thức ăn cho động vật thủy sản Tuy nhiên dầu động thực vật sử dụng thức ăn cho động vật thủy sản nguồn cung cấp acid béo không no cần thiết cho động vật thủy sản Ngồi mục đích cung cấp lượng, acid béo, việc bổ sung dầu vào thức ăn có tác dụng tạo mùi cho thức ăn • Nhóm phụ gia thức ăn thủy sản + Chất kết dính để gia tăng độ kết dính thức ăn, đóng góp dinh dưỡng, giảm thất thoát chất dinh dưỡng, tăng độ bền thức ăn môi trường nước, giảm bụi trình chế biến thức ăn Tuy nhiên số chất kết dính làm ảnh hưởng đến độ tiêu hóa thức ăn; + Chất chống oxy hóa phải đảm bảo khơng độc có giá thành rẻ Các chất oxy hóa thường dùng BHT (butylated hydroxy toluene) 200ppm, BHA (butylated hydroxy anisole) 200 ppm; + Chất kháng nấm thường sử dụng hay hỗn hợp loại acid hữu acid propionic, acid sorbic, + Chất tạo mùi đóng vai trị quan trọng định đến hiệu sử dụng thức ăn động vật thủy sản Hình 1-2 thể số thành phần, nguyên liệu chế biến thức ăn thuỷ sản như: bột cá cao cấp, bột đậu nành, bột cám, cám gạo trích ly, cám lúa mì, mì lát, dầu cá, vitamin B, E, A, C, khống chất Na, Ca, P, Fe, nguồn protein,… Hình 1-2 - Thành phần nguyên liệu chế biến thức ăn thủy sản Thành phần dinh dưỡng thức ăn thủy sản a, Chất đạm (protein) Protein chất hữu xây dựng nên cấu trúc thể vật nuôi Protein hấp thu vào máu tổng hợp thành protein thay protein cũ Nhu cầu protein cá 25 – 55%; tôm, cua 30 – 60% Nhu cầu protein tôm, cá phụ thuộc nguyên liệu thức ăn, giai đoạn phát triển tôm cá nhiều yếu tố khác Thành phần protein thức ăn thủy sản chủ yếu cung cấp từ động vật, thực vật b, Chất béo (lipid) Trong thức ăn thủy sản, lipid chiếm 10 – 25% lượng lipid cung cấp gấp đôi so với protein Lipid tham gia cấu tạo nên màng tế bào thể tơm cá, ngồi cịn dung mơi hịa tan Vitamin A, D, E, K hydrocarbon Lipid có khả hoạt hóa enzyme thành phần nhiều steroid hormone Lipid có nhiều bột cá, bột huyết, bột đậu nành bột cám, ngũ cốc, bao gồm acid béo triacylglycerol Cá thường có nhu cầu cao với axit béo không no omega – omega – Các loại dầu từ hải sản thường chứa tỷ lệ cao axit không no PUFA (>30%), loại chất béo lý tưởng cho chế biến thức ăn thủy sản Trong chế biến thức ăn thủy sản lipid dễ bị ơxy hóa Do vậy, nhà sản xuất thức ăn thủy sản phải dùng chất bảo quản ethoxyquin hay BHT để thức ăn không bị ôi thiu c, Carbonhydrate Carbonhydrate bao gồm đường tinh bột, nguồn lượng rẻ thức ăn Tuy không chất dinh dưỡng thiết yếu việc bổ sung carbonhydrate giúp giảm giá thành thức ăn tăng khả kết dính q trình đùn ép viên thức ăn Thành phần tinh bột thức ăn giúp sản xuất thức ăn viên đùn ép điều kiện nhiệt độ cao Nấu hấp chín tinh bột tăng cường khả hấp thụ tôm, cá nuôi Tinh bột sau ăn vào tôm cá sử dụng cho nhu cầu lượng thể dự trữ dạng glycogen gan Thơng thường 20% tinh bột dùng để phối chế phần thức ăn tôm cá d, Chất xơ Là thành phần phổ biến thức ăn loại ngũ cốc; bao gồm cellulose, hemicellulose, pectin, gum chất nhầy thức ăn Chất xơ kích thích nhu động ruột làm thức ăn di chuyển dễ dàng để đào thải cặn bã, độc hại ngồi Trong thức ăn, chất xơ có tác dụng chất pha loãng thức ăn Chất xơ nhiều làm giảm khả kết dính ép viên thức ăn Thức ăn cá có tỷ lệ chất xơ khơng q 7%, thức ăn tơm có tỷ lệ chất xơ khơng q 4% e, Chất khống Chất khống chia làm nhóm, đa lượng vi lượng Khoáng đa lượng bao gồm natri, clo, canxi phốt (Na, Cl, Ca, P), có tác dụng cấu tạo nên xương cá vỏ tơm, điều hịa áp suất thẩm thấu, trì ổn định pH, tham gia q trình co cơ, dẫn truyền thơng tin thần kinh… Tơm cá có khả hấp thụ chất khống (Na, Clo, Mg…) qua mang da để bù đắp thiếu hụt bổ sung từ thức ăn không đủ Mức Ca bổ sung tối đa thức ăn tôm 2,3%, mức P – 2% Ở cá, mức P cho loài thủy sản khác 0,29 – 0,8% Nhóm khống vi lượng, tơm cá cần với lượng có vai trị quan trọng việc tạo enzyme, hormone, điều hịa q trình sinh tổng hợp protein Một số loại khoáng quan trọng đồng, crôme, kẽm, iốt, magiê bổ sung thức ăn công nghiệp giúp tôm, cá nuôi tăng trưởng tốt f, Vitamin Bao gồm nhóm vitamin tan nước vitamin tan chất béo vitanmin tan nước bao gồm vitamin nhóm B C, dễ bị ơxy hóa, nhiệt độ cao Đối với tơm cá ni, chúng có giá trị dinh dưỡng rõ rệt, vitamin C giúp giảm sốc tăng sức đề kháng Thiếu vitamin C gây nên bệnh vẹo cột sống cá bệnh chết đen tơm Hầu hết tơm cá khơng có khả tổng hợp vitamin C mà hấp thu chủ yếu từ thức ăn Nhóm vitamin tan chất béo gồm vitamin A, D, E, K, nhóm vitamin bền nhiệt độ cao Tôm cá thiếu vitamin A thiếu máu, xuất huyết mắt, mang, thận thay đổi màu sắc thể Thiếu vitamin D, tôm cá bị cịi cọc Thiếu vitamin E, cá bị thối hóa cơ, tỉ lệ chết cao Thiếu vitamin K, máu không đông, sinh trưởng giảm Trong chế biến, gia nhiệt trình ép viên thức ăn thường phân hủy vitamin (C, B12) Để hạn chế hao hụt chế biến, nên sử dụng loại vitamin bền nhiệt ép viên nhiệt độ thức ăn không cao pha dung dịch lipid – vitamin phun áo bề mặt viên thức ăn sau hạ nhiệt g, Axit amin thiết yếu Axit amin thiết yếu DL- Methionin, L-lysine bổ sung vào thức ăn thủy sản nhằm điều chỉnh cân đối axit amin thiết yếu (khi sử dụng nguồn protein thực vật) công thức thức ăn, giúp tôm cá nuôi sinh trưởng tốt Tình hình sản xuất cám thủy sản giới Việt Nam a, Trên giới Nhu cầu toàn cầu thực phẩm thủy sản dự kiến tăng thập kỷ tới, loại thực phẩm giúp đáp ứng nhu cầu sở thích tình trạng gia tăng dân số Dự báo trung bình cho thấy tăng trưởng dân số toàn cầu đạt đến lên 9,7 tỷ vào năm 2050 Nhu cầu lương thực dự kiến tăng nhanh việc gia tăng dân số, tỷ lệ người 'trung lưu' ngày tăng, họ người có khả chi tiêu nhiều thường có xu hướng hấp thụ nhiều protein động vật người có thu nhập thấp Hình 1-3 - Nhu cầu thức ăn cho cá từ năm 2010-2030 giới Bảng 3-4 Bảng cân nhiệt Đại lượng STT kJ/kg ẩm Ký hiệu % Nhiệt lượng có ích q1 2227,012 69,13 Tổn thất nhiệt tác nhân sấy q2 972,88 30,2 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy qv 0 Tổn thất nhiệt môi trường qmt 21,55 0,67 Tổn thất nhiệt qua thiết bị truyền tải qct 0 Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ 3221,44 100 Sai số tính tốn ∆q 70,76 2,23 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3150,68 100 • Hiệu suất nhiệt thiết bị tính công thức sau: q1 = 69,13% q′ 3.2.5.5 Trường hợp sấy có hồi lưu Theo tài liệu [3] mục 5.3.3, 5.2.3 ta có cơng thức tính: ŋTBS = • Độ chứa tác nhân sấy khỏi hệ thống sấy Cpk ( t1 − t ) d ( i1 −  ) + i2 −  (1 + n )( i −  ) d 2t = n ( i1 −  ) 1− (1 + n )( i −  ) [kgẩm/kgkk] PT 3.1 Với: • i1 = r + Cph t1 = 2500 + 1,842  80 = 2647 ,6 [kJ/kg] • i2 = r + Cph t = 2500 + 1,842  45 = 2582,89 [kJ/kg] • n: Hệ số hồi lưu n=1 Thay số vào công thức ta được: 1,004 (80 − 45 ) 0,0203 ( 2647 ,6 − 312,84 ) + 2582,89 − 312,84 (1 + 1)( 2582 ,89 − 312 ,84 ) d 2t = = 0,0534 [kgẩm/kgkk] 2647 ,6 − 312,84 ) ( 1− (1 + 1)( 2582,89 − 312,84 ) Entanpy tác nhân sấy sau khỏi hệ thống sấy I2t = 1,004  t + d 2t ( 2500 + 1,842  t ) = 1,004  45 + 0,0534 ( 2500 + 1,842  45 ) = 183,06 Độ ẩm tác nhân sấy sau khỏi hệ thống sấy 36 [kJ/kgkk] 2t = d 2t 0,0534 100% = 100% = 83, 24% ( 0,622 + d 2t )  ph max( 2) ( 0,622 + 0,0534 )  0,09495 Dựa vào hướng dẫn tài liệu [3] mục 5.2.3 ta tính thơng số tác nhân sấy điểm hòa trộn Độ chứa tác nhân sấy điểm hòa trộn: d Ht = d0 + nd 2t 0,0203 + 1.0,0534 = = 0,0368 [kg ẩm/kgkk] 1+ n Nhiệt độ không khí sau hịa trộn (1,004 + 1,842d )t + (1,004 + 1,842d 2t )t t Ht = = 37, [ oC] (1 + n)(1,004 + 1,842d Ht ) Entanpy khơng khí sau hịa trộn IHt = 1,004  t Ht + d Ht ( 2500 + 1,842  t Ht ) = 132,56 [kJ/kgK] Lượng khơng khí khơ tươi thực tế cần để làm bay 1kg ẩm l0t = 1 = = 30, 25 [kgkk/kg ẩm] d 2t − d0 0,0534 − 0,0203 Lượng khơng khí khơ tươi thực tế cần cấp cho hệ thống sấy L0t = W  l0t = 786,52  30, 25 = 23795,57 [kgkk/h] Lượng khơng khí khơ thực tế lưu chuyển hệ thống sấy để làm bay kg ẩm 1 lt = = = 60,5 [kgkk/kg ẩm] d 2t − d Ht 0,0534 − 0,0368 * Lượng khơng khí thực tế lưu chuyển HTS Lt = W  lt = 786,52  60,5 = 47591,15 [kgkk/h] Theo phụ lục trang 257 tài liệu [1] ứng với trạng thái tác nhân sấy trước thiết bị sấy (t1 , 1) = (80oC, 6,78 %) sau thiết bị sấy (t2, 2t) = (45oC ,81,83%) ta tìm thể tích khơng khí khơ tương ứng v1 = 1,07 ( m3/kgkk) v2 =1,01 ( m3/kgkk) Do lưu lượng thể tích tương ứng bằng: V1 = L t v1 = 50922,5 [m3 /h]=14,14 [m3 /s] V2 = Lt v2 = 48067 [m3 /h] Vtb = 0,5.Lt.( v1 + v2 )=49494,8 [m3 /h]  Lượng nhiệt cần cấp thực tế để làm bay 1kg ẩm q0t = I2t − IHt = 3055,51 [kJ/kg ẩm] d 2t − d Ht • Nhiệt lượng tiêu hao q: q = lt (I1 − I0 ) = 60,5(134,537 − 83,946) = 3061,2 [kJ/kg ẩm] • Nhiệt lượng có ích q1: 37 q1 = i2 − Ca t v1 = (2500 + 1,842.45) − 4,18.80 = 2227,012 [kJ/kgẩm] • Tổn thất nhiệt tác nhân mang q2: q = lt Cdx (d1 )(t − t ) = 945,25 [kJ/kg ẩm] • Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’: q, = q1 + q2 + qv + qmt + qct =3193,8 [kJ/kg ẩm] Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ phải Ở nhiều lý do, tính tốn làm trịn sai số tra đồ thị, mà phạm phải sai số tuyệt đối ∆q = |q − q’| bằng: ∆q = |3061,2 − 3193,8| = 132,6 [kJ/kg ẩm] hay sai số tương đối ε bẳng: = q = 4,33% q Với sai số tính tốn cho phép Bảng 3.4 Bảng cân nhiệt STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị % [kJ/kg ẩm] Nhiệt lượng có ích q1 2227,012 69,73 Tổn thất nhiệt tác nhân sấy q2 945,25 29,6 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy qv Tổn thất nhiệt môi trường qmt 21,55 0,67 Tổn thất nhiệt qua thiết bị truyền tải qct 0 Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ 3193,8 100 Sai số tính tốn ∆q 132,6 4,33 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3148,79 100 • Hiệu suất nhiệt thiết bị tính cơng thức sau: q1 = 69,72 % q′ 3.2.5.6 So sánh tính tốn q trình sấy thẳng sấy hồi lưu trình sấy thực Dưới bảng so sánh đại lượng trình sấy thẳng sấy có hồi lưu ŋTBS = 38 Bảng 3-3 Bảng so sánh đại lượng trình sấy thẳng sấy hồi lưu ST T Đại lượng Ký hiệu Sấy thẳng Độ ẩm TNS sau khỏi HTS [%] 2t 58,2 Sấy hồi lưu 83,24 Lượng khơng khí khơ thực tế cần làm bay 1kg ẩm [kgkk/kgẩm] lt 62,28 60,5 Lượng khơng khí khơ tươi thực tế cần cấp cho hệ thống sấy [kgkk/h] Lt 48982,26 47591,15 Lượng nhiệt tiêu hao để làm bay 1kg ẩm [kJ/kgẩm] Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ [kJ/kgẩm] Hiệu suất nhiệt thiết bị [%] q 3150,68 3061,2 q’ 3221,44 3193,81 𝜂 69,13 69,72 Qua bảng thấy phương pháp sấy có hồi lưu hiệu phương pháp sấy thẳng lượng nhiệt tiêu hao hơn, sấy hiệu hơn.Chính đồ án em xin chọn q trình sấy có hồi lưu với hệ số hồi lưu để tính tốn Kết tính tốn tồn q trình sấy thực tổng hợp bảng 3-5 Bảng 3-4 Kết tính tốn q trình sấy thực Tên gọi đại lượng III Ký Giá trị hiệu Tính tốn q trình sấy thực Thứ Nguyên Tính tổn thất nhiệt 3.1 Nhiệt độ vật liệu sấy vào tv1 85 o C 3.2 Nhiệt độ vật liệu sấy Nhiệt độ khơng khí thiết bị sấy Nhiệt dung riêng VLS tv2 40 o C tf1 62,5 o C Cv 2,1 kJ/kgkk Qbs kJ H B L 3,8 2,7 15,7 m m m Fxq 139,84 m2 Ftr 42,39 m2 kxq 0,5022 W/m2K 3.3 3.5 3.8 Nhiệt bổ sung Chiều cao TBS Chiều rộng TBS Chiều dài TBS Diện tích tường bao xung 3.12 quanh thiết bị sấy sấy 3.13 Diện tích trần, TBS sấy Hệ số truyền nhiệt k 3.14 tường 3.9 3.10 3.11 39 3.15 Hệ số truyền nhiệt k trần Nhiệt tổn thất VLS mang Nhiệt tổn thất VLS mang kg ẩm Nhiệt tổn thất TBCT mang Nhiệt tổn thất TBCT mang kg ẩm Nhiệt tổn thất môi trường Tổn thất qua tường ktr 0,5233 W/m2K Qv kJ qv Qct W qct kj/kg ẩm Qmt 4709,6 W Qt 2282,47 W Tổn thất qua trần Qtr 720,93 W Tổn thất qua Nhiệt tổn thất môi 3.24 trường xung quanh kg ẩm Qn 1706,2 W qmt 21,55 kJ/kg ẩm ∆ 312,84 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 kJ/kg ẩm 3.26 Tổng tổn thất nhiệt  3.27 i1 2647,36 kJ/kg ẩm kJ/kg 3.28 i2 2582,89 kJ/kg 3.29 Hệ số hồi lưu Độ chứa kk sau HTS 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.37 3.38 3.39 3.40 d2t Entanphi kk sau HTS I2t Độ ẩm kk sau HTS 2t Nhiệt độ khơng khí sau hịa trộn Entanpy khơng khí sau hịa trộn Phân áp suất khơng khí sau hịa trộn Lượng khơng khí khơ tươi thực tế cần để làm bay 1kg ẩm Lượng khơng khí khơ thực tế lưu chuyển HTS để làm bay kg ẩm Lượng nhiệt cần cấp thực tế để làm bay 1kg ẩm Lượng khơng khí khơ tươi thực tế cần cấp cho hệ thống sấy 40 n d2t 0,0534 kg/kgkk I2t 183,06 kJ/kgkk φ2t 83,24 % tHt 37,7 o IHt 132,56 kJ/kgkk phmax(H) 0,0647 bar l0t 30,25 kgkk/kgẩm lt 60,5 kgkk/kgẩm q' 3193,81 L0t 23795,6 C kJ/kg ẩm kgkk/h CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 4.1 Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt (Calorifer) Trong yêu cầu thiết kế hệ thống sấy ta phải sử dụng bão hòa để gia nhiệt cho tác nhân sấy khơng khí trước vào thiết bị sấy Hơi bão hịa khơ áp suất bar bên ống, thực trình trao đổi nhiệt với khơng khí chuyển động bên ngồi ống ngưng tụ thành lỏng Khơng khí bên ngồi ống sau trao đổi nhiệt nâng nhiệt độ đến giá trị yêu cầu lưu chuyển buồng sấy để thực trình sấy Để cho dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng đạt yêu cầu cơng nghệ ta chọn Calorifer - khí với thông số ban đầu: - Nhiệt độ bão hòa (tại bar) t1’= 170,42 0C - Nhiệt độ vào khơng khí: t2’ = 37,7 0C, t2’’ = 800C Theo công thức 15.1 tài liệu [1], cơng suất nhiệt hữu ích tính theo cơng thức: Qt = Lt (I1 − I0 ) = 668,8 (kW) Trong đồ án em xin chọn số lượng ccalorifer n=6 để gia nhiệt Vậy cơng suất nhiệt hữu ích cho calorifer Q= Qt 668,8 = = 111,47 [kW] n - Theo tài liệu [1] trang 219 ta có thơng số kết cấu calorifer: Đường kính ống thép có d2/d1 = 24/22 mm với λ = 45 W/mK - Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s1 = 80 mm, s2 = 45 mm - Cánh làm đồng có: đường kính dc = 40 mm, chiều dày δc = 0,5 mm, bước cánh t = mm, hệ số dẫn nhiệt cánh λc = 110 W/mK - Chiều dài ống cánh l = 1400 mm Độ chênh lệch nhiệt độ logarit: ∆t max − ∆t (170,42 − 37,7) − (170,42 − 80) ∆t tb = = = 110,040 C ∆t max 170,42 − 37,7 ) ) ln ( ln ( ∆t 170,42 − 80 Số cánh ống: l 1400 nc = = = 400 t + δc + 0,5 Chiều cao cánh: dc − d2 40 − 24 h= = = (mm) 2 Diện tích phần ống khơng làm cánh: F0 = π d2 t nc = π 0,024.0,003.400 = 0,09 (m2 ) 41 Diện tích phần cánh ống: πdc πd2 π0,042 π0,0242 Fc = [( )−( )] nc = [( )−( )] 400 4 4 = 0,643 (m2 ) Đường kính xác định bằng: F0 d + Fc √ dxd = Fc nc 0,643 2.400 0,09.0,024 + 0,643 √ = = 0,0278 (m) F0 + Fc 0,09 + 0,643 Giả sử tốc độ khơng khí vào Calorifer ω = m/s tốc độ khơng khí lớn khe hẹp Calorifer là: w m wmax = = = 5,96 ( ) h δc 24 2.8.0,5 d s ] ] 1−[ + 1−[ 2+ ( 80 80 (3 + 0,5) s1 s1 t + δc ) r bằng: t tb = 0,5 (37,7 + 80) = 58,85 (0 C) Theo bảng trang 216 tài liệu [8] ta có thơng số trạng thái khơng khí nhiệt độ trung bình ttb = 58,85 0C ta có: - Hệ số dẫn nhiệt λ = 2,87.10-2 W/m.K - Độ nhớt động học υ = 18,5.10-6 m2/s - Khối lượng riêng ρ = 1,075 kg/m3 Tiêu chuẩn Reynold: Re = wmax dxd 5,96.0,0278 = = 8957,27 ϑ 18,5 10−6 Tiêu chuẩn Nuselt: Nu = 0,251 Re 0,67 −0,2 s1 − d2 −0,2 s1 − d2 ] [ [ + 1] d2 t −0,2 80 − 24 −0,2 80 − 24 ] Nu = 0,251 8957 [ [ + 1] = 51,91 24 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía khơng khí Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cánh αc: 0,67 Nu λ 51,91.2,87 10−2 W αc = = = 53,56 ( ) dxd 0,0278 m K Hiệu suất cánh ηc: 42 Hình 4-1: Đồ thị tra hiệu suất cánh Để tính hiệu suất cánh ta cần phải xác định hệ số quan trọng β tỷ số dc/d2 Hệ số β: β=√ αc 2.53,56 =√ = 44,13 λc δc 110 0,004 Vậy β.h = 44,13.0,008 = 0,353 Tỷ lệ đường kính cánh đường kính ống: dc/d2 = 40/24=1,67 Từ β.h tỷ lệ dc/d2 tra đồ thị ta có ηc = 0,95 Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngồi ống (gồm phầ có cánh khơng có cánh) Fc F0 0,643 0,09 W α2 = αc (ηc + ) = 53,56 (0,95 + ) = 51,22 ( ) F2 Fc 0,643 + 0,09 0,688 m K Hệ số làm cánh: nc (dc − d2 ) 400 (402 − 242 ) εc = + =1+ = 7,65 d1 l 2.22.1400 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngưng ống Ta giả sử (ts – tw) = 0C, ta kiểm tra lại độ chênh lệnh nhiệt độ nước ngưng thành vách ống sau tính hệ số truyền nhiệt k Do ống đặt nằm ngang nên ta có: α1 = 0,72 √ 897,3.9,81 0,6793 2048 103 ρ g λ3 r = 0,72 √ ν (t s − t w ) d1 0,181 10−6 2.22 10−3 W = 20889,9 ( ) m K 43 Trong thơng số vật lý bên lấy theo nhiệt độ trung bình vách ống: ttb = 0,5.( ts + tw ) = 0,5 (170,42 + 169,62 ) = 169,42 0C , tra bảng trang 217 tài liệu [8] - Khối lượng riêng: ρ = 897,3 kg/m3 - Hệ số dẫn nhiệt: λ = 67,9.10-2 W/mK - Độ nhớt động học: υ = 0,181.10-6 - Nhiệt ẩn hóa hơi: r= 2048 [kJ/kg] tra theo bảng trang 208 tài liệu [8] Hệ số truyền nhiệt Do chiều dài ống lớn nhiều với đường kính ống nên ta coi trình truyền nhiệt qua ống trình truyền nhiệt qua vách phẳng 1 W k= = = 384,57 ( ) 0,001 1 δ m K + + + + 20889,9 45 51,22.7,65 α1 λ α2 εc Kiểm tra độ chênh lệnh nhiệt độ giả thiết Mật độ dòng nhiệt truyền qua Calorifer: W qc = k Δt tb = 384,57.110,03 = 42317 ( ) m Theo quy tắc tồn độ mật độ dòng nhiệt qua Calorifer phải lượng dòng nhiệt mà nước tỏa Do đó: q 42317 (t s − t w ) = c = = 2,026 ℃ α1 20889,9 Có độ chênh lệnh hiệu suất Calorifer nên ta chấp nhận giả thiết Diện tích bề mặt bên ống F1 bằng: Q 111,47 103 F1 = = = 3,1 (m2 ) k ∆t tb η 384,57.110,3.0,85 Số ống cần thiết n bằng: F1 3,1 n= = = 32 (ống) π d1 l π 22 10−3 1,4 Số ống hàng, ta chọn số hàng z = Khi đó: n 32 m= = = (ống) z Tổng số ống Calorifer là: N = m z = 8.4 = 32 (ống) Kích thước Calorifer: - Chiều dài: l = 1,4 (m) - Chiều rộng: a = z s2 = 8.45 10−3 = 0,36 (m) - Chiều cao: b = m s1 = 4.80 10−3 = 0,32(m) 44 4.2 Tính tốn trở lực chọn quạt Tính trở lực a, Trở lực qua thiết bị sấy Đường kính trung bình cám thủy sản lấy d = 0,004 m Ở nhiệt độ trung bình TNS t = 55 0C, ta tra bảng trang 216 tài liệu [8] υ = 18,5.10-6, ρ = 1,075 kg/m3 Theo công thức trang 124 tài liệu [1] ta có: w d 2,5.0,004 Re = = = 540,54 ν 18,5 10−6 Hệ số thủy động a bằng: 490 100 490 100 a = 5,85 + + = 5,85 + + = 11,06 Re √Re 540,54 √540,54 Thể tích bên thiết bị sấy: Vt=Bh.Lh.Hh=15,5.3,6.2,5=139,5 [m3] Khối lượng riêng dẫn xuất bằng: 0,25(G1 + G2 )β 0,25 (5000 + 4213,48) 0,2 kg ρdx = = = 2,2 ( ) 0,75.2 Vt 0,75.2.139,5 m Hệ số ζ Ta có khối lượng riêng cám thủy sản ρv = 400 kg/m3 , ta được: ρv − ρdx 400 − 2,2 ζ= = = 0,9945 ρv 400 Hệ số đặc trưng cho độ chặt lớp hạt C1 bằng: C1 = − ζ − 0,9945 = = 0,0055 ζ2 0,99452 Trở lực dịng khơng khí qua lớp hạt là: a L ω2 ρk C1 11,6.0,04.7 2,52 1,075.0,0055 ∆pl = = = 1,053 (mmH2 O) g d 2.9,81.0,004 = 10,32(𝑃𝑎) Trong đó:  - L: Chiều dày xác định (m) - ω: Tốc độ tác nhân sấy (m/s) - ρ: Khối lượng riêng TNS (kg/m3) - g: Gia tốc trọng trường (N/s2) - d: Đường kính trung bình hạt (m) - a: Hệ số thủy động - C1: Hệ số đặc trưng cho độ chặt lớp hạt Theo bảng trang 60 tài liệu [10], ta chon tổn thất áp suất qua lớp lưới pet 2,25 [bar] Vậy trở lực qua lớp lưới pet p=2,25.14=31,5 [bar]=315 [pa] 45 b, Trở lực qua Calorifer Dựa theo công thức trang 111 tài liệu [9] ta tính trở lực qua calorifer Hệ số trở kháng bằng: 0,9 s1 − d2 s1 − d2 0,9 dxd 0,9 s1 − d2 −0,1 −0,245 ξ = 0,72 Re ( + 2) ( ) ( ) ( ) sc d2 d2 s2 − d2 80 − 24 ξ = 0,72 8060−0,245 ( 3,5 0,9 80 − 24 0,9 27,8 0,9 80 − 24 −0,1 + 2) ( ) ( ) ( ) 24 24 45 − 24 ξ = 2,377 Trong đó: l 1400 sc = = = 3,5 (mm) nc 400 Trở kháng (ma sát cục bộ) dịng khơng khí qua Calorifer bằng: w2 5,962 Δpc = ξ ρ z = 2,377.1,075 = 362,76 (Pa) 2 Trong đó: ρ khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ trung bình [kg/m3] z số hàng ống w vận tốc dịng khí lớn vào calorifer [m/s] c, Trở lực qua đường ống nối Trở lực cục Theo công thức 2.60 trang 40 tài liệu [9], ta có cơng thức tính trở lực cục bộ: ω2 Δpcb = ρ ξ Trong đó: w tốc độ trung bình mơi chất ống [m/s] ρ khối lượng riêng môi chất ứng với nhiệt độ trung bình [kg/m3] ξ hệ số trở kháng cục ξ =5 Trở lực cục là: ω2 2,52 Δpcb = ρ ξ = 1,075.5 = 16,8(Pa) 2 Tổng trở lực mà quạt phải khắc phục là: Δ𝑝𝑡 = Δ𝑝1 + Δp𝑐 + Δ𝑝𝑐𝑏 + p = 10,32 + 362,76 + 16,8 + 315 = 704,88 (𝑃𝑎) Giả sử tốc độ tác nhân sấy khỏi quạt ωq = 8,5 m/s, giáng áp động bằng: ωq ρ 8,52 1,075 ∆pđ = = = 3,96 (mmH2 O) = 38,83 (Pa) g 2.9,81 Cột áp quạt: ∆p = ∆pt + ∆pđ = 704,88 + 38,8 = 743,71 (Pa) 46 Chọn quạt cho hệ thống Để vận chuyển tác nhân sấy hệ thống sấy người ta thường dùng hai loại quạt: quạt ly tâm quạt hướng trục Chọn loại quạt nào, thông số kỹ thuật phụ thuộc vào thông số đặc trưng hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục p Năng suất mà quạt cần tải đi, nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy chọn quạt giá trị cần xác định hiệu suất quạt Để chọn quạt ta cần thông số lưu lượng quạt V=50922,5 (m3/h)=14,14 [m3/s] cột áp quạt ∆p =743,71 (Pa) nhiêt độ làm việc quạt t=45 [oC] Để đáp ứng điều kiện làm việc máy sấy, em xin chọn 13 quạt ly tâm Dùng phần mềm chọn quạt Fantech, ta chọn quạt 13 quạt ly tâm giống nhau, thông số quạt thể chi tiết hình 4-1 Hình 4-2 Catalog quạt ly tâm chọn theo phần mềm Fantech 4.3 Tính chọn xyclone Cấu tạo xyclon kích thước thể hình 4-2 Dc: Đường kính Xyclon; De: Đường kính ống trung tâm; Jc: Đường kính phần bé phễu; Sc: Chiều dài phần ống trung tâm cắm vào Xyclon; Lc: Chiều cao phần hình trụ Xyclon; Zc: Chiều cao phễu; Hc: Chiều dài tiết diện kênh dẫn vào Xyclon; Bc: Chiều rộng tiết diện kênh dẫn vào Xyclon 47 Hình 4-3 Cấu tạo Xyclon kích thước Theo tài liệu [3] mục 15.3.2 ta có cơng thức tính: • Đường kính Xyclon Dc : Dc = √ Q , [m] Vin Vì trình sấy hồi lưu với hệ số hồi lưu n=1 nên ta có lưu lượng tác nhân sấy vào cyclone: Q2 = 14,14 = 7,07 [m3 /s] – Lưu lượng khơng khí vào Xyclon; Vin = 3200 [ft/m] = 16,256 [m/s] – Tốc độ thiết kế cho phép vào Xyclon Thay số ta đường kính Xyclon: Dc = √ 8.7,07 = 1,32 [m] 16,256 • Chiều rộng tiết diện kênh dẫn vào Xyclon Bc: Dc 1,32 = = 0,33 [m] 4 • Chiều dài tiết diện kênh dẫn vào Xyclon Hc: Bc = Dc 1,32 = = 0,66 [m] 2 • Chiều dài phần ống trung tâm cắm vào Xyclon Sc: Hc = 48 Dc 1,32 = = 0,165 [m] 8 • Đường kính ống trung tâm De: Sc = • Dc 1,32 = = 0,66 [m] 2 Đường kính phần bé phễu Jc: • Dc 1,32 = = 0,33 [m] 4 Chiều cao phần hình trụ Xyclon Lc: • Lc = Dc = 1,32 [m] Chiều cao phễu Zc: De = Jc = Zc = 3Dc = 3.1,32 = 5,6 [m] 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật sấy – Thầy Trần Văn Phú [2] Nhiệt động kỹ thuật – Thầy Lại Ngọc Anh [3] Slide môn kỹ thuật sấy – Thầy Đặng Trần Thọ [4] Haubjerg, A F Simonsen, B Jørgensen, B N Veje, C T, Ensuring Technical Product Quality in Energy Efficient Hot Air Drying of Extruded Fish Feed : Definition of an Industrial Research Project (2012) 10 [5] Pacheco, Ana Claudia Werner Luz, Gianini Regina Polon, Paulo Eduardo Jorge, Luiz Mário de Matos Paraíso, Paulo Roberto, Modeling of drying and adsorption isotherms of the fish feed (2011) 584 [6] Slide môn truyền nhiệt- Thầy Lê Kiều Hiệp [7] Cơ học vật liệu rời – Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam [8] Bài tập trắc nghiệm kỹ thuật nhiệt- PGS.TS Hà Mạnh Thư [9] Thiết bị trao đổi nhiệt – PGS.TS Bùi Hải [10] Pacheco, Ana Claudia Werner Luz, Gianini Regina Polon, Paulo Eduardo Jorge, Luiz Mário de Matos Paraíso, Paulo Roberto, Modeling of drying and adsorption isotherms of the fish feed, 2011, 54, 577-588 [11] Slide thiết bị trao đổi nhiệt – TS.Nguyễn Đức Quang [12] Truyền nhiệt – GS.Đặng Quốc Phú ... Hệ thống sấy buồng, hệ thông sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động v.v Hệ thống sấy tiếp xúc: Như tên gọi hệ thống sấy tiếp xúc vật liệu sấy tiếp xúc nhận nhiệt... loại hệ thống sấy lạnh thành dạng sau: hệ thống sấy lạnh nhiệt độ t > oC, hệ thống sấy thăng hoa, hệ thống sấy chân không Hệ thống sấy lạnh nhiệt độ t > oC: Với hệ thông sấy này, tác nhân sấy. .. sấy nhỏ, yêu cầu có nhiều hệ thống phụ trợ kèm b, Thiết bị sấy tháp Cũng hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp hệ thống sấy chuyên dụng để sấy sản phẩm dạng hạt ngơ, thóc, mùn cưa,… Hệ thống