THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY SỬ DỤNG BƠM NHIỆT NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 250KG/MẺ

Việt Nam là một nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt và chế biến rau quả. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn. Nguyên nhân chính là do công nghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất khẩu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiên cứu đưa ra các quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai chuyển giao các kết quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả. Một trong các phương pháp giúp bảo quản tốt các loại nông sản-thực phẩm là sấy, được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp và giữ vai trò quan trọng trong đời sống. Khoai tây là một loại củ chứa rất nhiều dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất cần thiết cho con người. Khoai tây sấy khô là sản phẩm được nhiều người ưa chuộng, tuy nhiên hầu hết các sản phẩm này đều được sấy bằng phương pháp sấy nhiệt với các thiết bị đơn giản, vì vậy chất lượng sản phẩm này không còn giữ được như ban đầu. Gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu tạo ra phương pháp sấy lạnh khắc phục được những nhược điểm của sấy nhiệt độ cao để tạo ra sản phẩm có hương vị tự nhiên, chứa nhiều vitamin, tốt cho sức khỏe con người. Đó cũng là lý do trong đồ án này, em sẽ thiết kế thiết bị sấy khoai tây sử dụng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHOAI TÂY SỬ DỤNG BƠM NHIỆT NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 250KG/MẺ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh SV THỰC HIỆN: Nguyễn Thị Ngọc Diệp B1506994 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học – Khóa 41 Tháng 5/2019 Đờ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHOAI TÂY 1.1 Nguồn gốc lịch sử 1.2 Khoai tây ở Việt Nam 1.3 Phân bố và sản lượng 1.4 Thành phần hóa học 1.5 Giá trị dinh dưỡng 1.6 Công dụng 1.7 Thông số vật lý của khoai tây CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 10 2.1 Khái niệm 10 2.2 Bản chất 10 2.3 Mục đích 10 2.4 Phân loại quá trình sấy 10 2.4.1 Phương pháp sấy nóng 10 2.4.2 Phương pháp sấy lạnh 11 2.5 Lựa chọn phương pháp sấy 13 CHƯƠNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 14 16 CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỚNG SẤY KHOAI TÂY 18 4.1 Các thơng số ban đầu 18 SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang i Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh 4.1.1 Vật liệu sấy 18 4.1.2 Tác nhân sấy 18 4.2 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết giản đồ I – d 19 4.2.1 Đồ thị I – d 19 4.2.2 Tính toán quá trình sấy 19 4.2.3 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy 22 4.2.4 Tính toán nhiệt quá trình 24 4.3 Tính tốn chọn kích thước buồng sấy 25 4.4 Xây dựng quá trình sấy thực tế đồ thị I – d 27 4.4.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế 27 4.4.2 Đồ thị I – d 32 4.4.3 Tính toán quá trình sấy thực tế 33 4.4.4 Tính tốn nhiệt trình sấy thực tế 34 CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BƠM NHIỆT 37 5.1 Các thánh phần bản của bơm nhiệt 37 5.1.1 Môi chất và cặp môi chất 37 5.1.2 Máy nén lạnh 37 5.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt 37 5.1.4 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt 37 5.2 Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất 38 5.2.1 Chọn môi chất nạp 38 5.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ 38 5.2.3 Nhiệt độ bay 38 5.2.4 Nhiệt độ hút 39 5.3 Chọn và tính chu trình bơm nhiệt máy lạnh 39 5.3.1 Chọn chu trình 39 5.3.2 Xây dựng đồ thị và xác định giá trị tại các điểm nút 40 5.3.3 Tính tốn chu trình 42 SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang ii Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh 5.4 Tính tốn thiết bị trao đởi nhiệt của bơm nhiệt 43 5.4.1 Dàn ngưng 43 5.4.2 Dàn bay 49 5.4.3 Chọn thiết bị hồi nhiệt 55 5.4.4 Tính chọn máy nén 60 5.5 Chọn đường ống dẫn môi chất 65 5.5.1 Đường ống đẩy: 65 5.5.2 Đường ống hút 65 5.6 Tính toán trở lực và chọn quạt 66 5.6.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy 66 5.6.2 Tính toán trở lực của hệ thống 67 5.6.3 Tổn thất qua thiết bị của hệ thống 68 5.6.4 Chọn quạt 69 CHƯƠNG TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 SV:Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang iii Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 : Củ khoai tây Hình 3-1 Lát khoai tây sau sấy 15 Hình 4-1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết 19 Hình 4-2: Xây dựng quá trình sấy thực tế đồ thị I - d 27 Hình 4-3 Bề mặt truyền nhiệt 29 Hình 4-4 Đồ thị I-d thực tế 32 Hình 5-1 Sơ đồ máy nén lạnh cấp dùng thiết bị hồi nhiệt 40 Hình 5-2 Chu trình biểu diễn đồ thị T – s và p - i của môi chất 40 Hình 5-3 Cấu tạo của dàn ngưng 44 Hình 5-4 Cấu tạo dàn bay 50 Hình 5-5 Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt 55 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang iv Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Sản xuất khoai tây theo vùng, 2017 Bảng 1-2 Nhà sản suất khoai tây hàng đầu năm 2017 Bảng 1-3 Tình hình sản xuất khoai tây của Việt Nam qua các năm Bảng 1-4 Sự phân bố các chất củ khoai tây (%) Bảng 1-5 Thành phần hóa học trung bình của củ khoai tây (%) Bảng 1-6 Giá trị dinh dưỡng 100g khoai tây Bảng 4-1 Các thông số tác nhân sấy 22 Bảng 4-2 Thời gian sấy 24 Bảng 4-3 Thông số thiết bị 27 Bảng 4-4 So sánh quá trình sấy thực tế và lý thuyết 36 Bảng 5-1 Các thông số tại các điểm nút của đồ thị của R22 41 Bảng 5-2 Các thông số của môi chất lạnh tại điều kiện tiêu chuẩn để chọn máy nén 63 Bảng 5-3 Tổn thất khí động bên hệ thống sấy 68 Bảng 5-4 Kết quả tính toán và chọn các thiết bị cho bơm nhiệt 70 Bảng 6-1 Tính toán sơ bộ giá thành thiết bị 71 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang v Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam mợt nước nhiệt đới có nhiều điều kiện để phát triển ngành trồng trọt chế biến rau quả Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch rất lớn Nguyên nhân công nghệ chế biến bảo quản của lạc hậu nên làm cho rau quả của Việt Nam có giá trị thấp thị trường nước xuất khẩu, điều ảnh hưởng trực tiếp đến đời sớng của người nơng dân, vậy việc nghiên cứu đưa các quy trình công nghệ ứng dụng triển khai chuyển giao kết quả nghiên cứu, quy trình cơng nghệ bảo quản, chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng chiến lức phát triển ngành rau quả Một các phương pháp giúp bảo quản tốt loại nông sản-thực phẩm sấy, được sử dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp giữ vai trị quan trọng đời sớng Khoai tây mợt loại củ chứa rất nhiều dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất cần thiết cho người Khoai tây sấy khô là sản phẩm được nhiều người ưa chuộng, nhiên hầu hết các sản phẩm này đều được sấy bằng phương pháp sấy nhiệt với các thiết bị đơn giản, vì vậy chất lượng sản phẩm này khơng cịn giữ được ban đầu Gần đây, các nhà khoa học nghiên cứu tạo phương pháp sấy lạnh khắc phục được nhược điểm của sấy nhiệt độ cao để tạo sản phẩm có hương vị tự nhiên, chứa nhiều vitamin, tốt cho sức khỏe người Đó là lý đồ án này, em sẽ thiết kế thiết bị sấy khoai tây sử dụng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thớng 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 xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ bảo tận tình của Thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh để em hồn thành tớt đờ án Cần thơ, ngày….tháng….năm… Sinh viên thiết kế Nguyễn Thị Ngọc Diệp SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh CHƯƠNG TỞNG QUAN VỀ KHOAI TÂY 1.1 Ng̀n gốc lịch sử Khoai tây tên khoa học là Solanum tuberosum, thuộc họ Cà (Solanaceae), là loại nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột Chúng là loại trồng lấy củ phổ biến nhất thế giới và là loại trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi – xếp sau lúa, lúa mì và ngơ Lưu trữ khoai tây dài ngày địi hỏi bảo quản điều kiện lạnh [1] Đến nhiều tài liệu cho thấy khoai tây có nguồn gốc hoang dại, từ Trung và Tây Nam Mỹ, đặc biệt tập trung vùng Chi Lê và các đảo xung quanh vùng Nhiều cuộc thám hiểm của Liên Xô (cũ) trước xác nhận rằng: trung tâm thứ của khoai tây cịn có ng̀n gớc ở Mexico và hiện người ta bắt gặp rất nhiều khoai tây dại ở Xưa kia, người Inca trồng rất nhiều khoai tây và được coi là nguồn lương thực chính [2] Lịch sử ghi chép rằng, nửa thế kỉ XI, khoai tây được đưa vào châu Âu, tiếp thu rất dè dặt Đến thế kỉ XII, khoai tây cứu sống hàng triệu người dân Anh, Đức, Ailen,…thoát khỏi nạn đói khủng khiếp Từ đó khoai tây được trồng phổ biến khắp nơi, trở thành một lương thực chủ yếu của loài người [2] 1.2 Khoai tây ở Việt Nam Theo nhiều tài liệu chưa đầy đủ cho rằng khoai tây được trồng từ năm 1890 Pháp mang đến Năm 1901, khoai tây được trờng ở Tú Sơn – Hải Phịng, 1907 được trồng ở Trà Lĩnh – Cao Bằng, 1917 được trồng ở Thường Tín – Hà Tây Hiện khoai tây được trồng hầu hết ở các tỉnh khắp cả nước, đặc biệt là các tỉnh vùng châu thổ sông Hồng, Đà Lạt, Lâm Đồng [2] Hình 1-1 : Củ khoai tây SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh 1.3 Phân bố và sản lượng Hiện nay, khoai tây có mặt 100 quốc gia, hiện là trồng đứng thứ ba thế giới với sản lượng và diện tích không ngừng gia tăng ở khắp nơi, đó, Trung Quốc và Ấn Độ hiện là hai quốc gia có sản lượng khoai tây cao nhất thế giới Bảng 1-1 Sản xuất khoai tây theo vùng, 2017 Diện tích thu hoạch Sản lượng Năng suất tấn tấn/ha Châu Phi 892 633 25 011 823 13,2 Châu Á 10 209 139 195 668 682 19,2 Châu Âu 365 045 121 761 565 22,7 Châu Mĩ 797 479 44 173 458 24,6 38 345 575 147 41,1 19 302 642 388 190 674 20,1 Châu Đại Dương THẾ GIỚI Nguổn: FAOSTAT SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Bảng 1-2 Nhà sản suất khoai tây hàng đầu năm 2017 Số lượng (triệu tấn) Trung Quốc 99,2 Ấn Độ 48,6 Nga Fed 29,6 Ukraina 22,2 Hoa Kỳ 20,0 Đức 11,7 Bangladesh 10,2 Ba Lan 9,2 Netherlands 7,4 Pháp 7,3 Nguổn: FAOSTAT Bảng 1-3 Tình hình sản xuất khoai tây Việt Nam qua các năm Diện tích Sản lượng Năng suất tấn Tấn/ha 2011 22 611 311 604 13,8 2012 27 585 403 717 14,7 2013 23 077 313 383 13,6 2014 22 823 321 700 14,1 2015 21 767 318 321 14,7 2016 21 173 302 229 14,3 2017 20 480 303 675 14,8 Năm Nguổn: FAOSTAT SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH 𝜀𝑅 = + 1,77 CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh 𝑑1 0,008 = + 1,77 = 1,354 𝑅 0,5.0,08 Thay vào ta có: Nu = 0,021(2,31.105)0,8.(3,794)0,43.1.1.1,354 = 985,688 𝑁𝑢 𝑘 985,688.7,63 10−2 𝛼1 = = = 9401 𝑊/𝑚2 𝐾 𝑑1 0,008 - Hệ số tỏa nhiệt Nuf: 𝑁𝑢𝑓 = 0,26 𝑅𝑒̉𝑓 0,65 𝑃𝑟𝑓 0,33 𝐴 𝜀𝑠 Trong đó: 𝐴=( 𝑃𝑟𝑓 0,25 ) 𝑃𝑟 𝑤 Coi tf = tw nên A = 𝜀𝑠 : hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống Coi chùm ống có dãy ống song song và bước ống s = R = 35 mm 𝑠 0,035 0,15 𝜀𝑠 = ( )0,15 = ( ) = 1,207 𝑑2 0,01 - Nhiệt độ trung bình của môi chất thiết bị: 𝑡𝑡𝑏 = 0,5(𝑡1 + 𝑡1′ ) = 0,5(0 + 25) = 12,5℃ Tra bảng tính chất vật lý đường bão hịa của R22 với nhiệt đợ 12,5℃ ta có: k = 1240 kg/m3 ; 𝜇 = 2,5 10−4 Ns/m2 ; k = 0,0913.10-3 W/mK ; Pr = 3,3 - Hệ số Re: 𝜇 𝜌 𝜔 𝑑2 ѵ 𝑑2 𝜌 5,772.0,01.1240 𝑅𝑒̉ = = = = 2,86 105 ѵ 𝜇 2,5 10−4 ѵ= Thay vào ta có: 𝑁𝑢𝑓 = 0,26 (2,86.105 )0,65 (3,3)0,33 1.1,207 = 1638,431 𝛼2 = 𝑁𝑢 𝑘 1638,431.0,0913 = = 14958,875 𝑊/𝑚2 𝐾 𝑑2 0,01 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 59 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Thay vào công thức ta có hệ số truyền nhiệt: 1 𝑘= = = 5688,531 𝑊/𝑚𝐾 0,001 1 𝛿 + + + + 389 14958,875 𝛼1  𝛼2 9401 - Diện tích trao đổi nhiệt: 𝑄ℎ𝑛 7,54 103 𝐹= = = 0,094 𝑚2 𝑘 ∆𝑡𝑡𝑏 5688,531.14,1 - Chiều dài l của ống xoắn: 𝑙= 𝐹 ,𝑚 𝜋 𝑑𝑡𝑏 Trong đó: 𝑑𝑡𝑏 = 0,5(𝑑1 + 𝑑2 ) = 0,5(10 + 8) = 𝑚𝑚 Vậy : 𝑙= - 0,049 = 3,325 𝑚 𝜋 0,009 Chiều dài l1 của vòng xoắn: 𝑙1 = 𝜋 𝐷𝑥 = 𝜋 0,08 = 0,25 𝑚 - Sớ vịng xoắn: 𝑛= 𝑙 3,325 = = 13,3 𝑙1 0,25 Chọn n = 14 vòng 5.4.4 Tính chọn máy nén Nhiệm vụ của máy nén lạnh: máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của các hệ thống lạnh nén Máy nén có nhiệm vụ: - Liên tục hút sinh ở thiết bị bay Duy trì áp suất Po và nhiệt độ to cần thiết Nén lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước hoặc không khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ Đưa lỏng qua van tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện quá trình tuần hoàn kín của môi chất lạnh hệ thống gắn liền với việc thu hồi nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ở môi trường nóng Chọn loại máy nén: với môi chất R22 ta chọn loại máy nén pittong nửa kín SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 60 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh  Tính toán chu trình ở chế độ yêu cầu: Năng suất khối lượng thực tế: G = 0,41 kg/s Năng suất thể tích thực tế: tra bảng các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hịa với nhiệt đợ hút là 0℃ ta có v = vo” = 46,98.10-3 m3/kg Vậy Vtt = G.v = 0,41.46,98.10-3 = 0,019 m3/s - Tỷ số nén: 𝜋= - 𝑝𝑘 17,266 = = 3,46 𝑝𝑜 4,983 Hệ số cấp của máy nén (4.1, trang 62, [12]): 𝑉𝑡𝑡 = 𝑉𝑙𝑡 Hệ số cấp của máy nén là tỉ số thể tích thực tế Vtt và thể tích lý thuyết Vlt của máy nén Hệ số cấp và hiệu suất thị phụ thuộc vào số nén với môi chất R22 ta có  = 0,77 - Thể tích hút lý thuyết: 𝑉𝑙𝑡 = -  = 0,019 = 0,025 𝑚3 /𝑠 0,77 Năng suất lạnh riêng khối lượng: 𝑞𝑜 = 𝑖1 − 𝑖4 = 704,28 − 537,58 = 166,7 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Năng suất lạnh riêng thể tích: 𝑞𝑣 = - 𝑉𝑡𝑡 𝑞𝑜 166,7 = = 3549 𝑘𝐽/𝑚3 −3 𝑣𝑙 46,98 10 Thể tích thực tế hút vào xylanh: 𝑉 = 𝐺 𝑣1′ = 0,41.54,41 10−3 = 0,022 𝑚3 /𝑠 - Hệ số thị thể tích: 𝑃𝑜 − ∆𝑃 𝑃𝐾 + ∆𝑃𝑑 𝑃𝑜 − ∆𝑃ℎ 𝑖 = −𝐶( − ) 𝑃𝑜 𝑃𝑜 𝑃𝑜 Chọn : C = 0,05 ∆𝑃ℎ = ∆𝑃𝑑 = 0,1 𝑏𝑎𝑟 4,983 − 0,1 17,266 + 0,01 4,983 − 0,01 𝑖 = − 0,05 ( − ) = 0,855 4,983 4,983 4,983 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 61 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh - Hệ số tổn thất không thấy được: 𝑇𝑜 273 + ′𝑤 = = = 0,86 𝑇𝑘 273 + 45 - Hệ số lưu lượng của máy nén:  = 𝑖 ′𝑤 = 0,855.0,86 = 0,735 - Thể tích chuyển dời của pittong: 𝑉 0,022 𝑉ℎ = = = 0,029 𝑚3 /𝑠  0,735 - Công suất nén đoạn nhiệt: 𝑁𝑎 = 𝐺 (𝑖2 − 𝑖1′ ) = 0,41 (754,68 − 722,67) = 13,124𝑘𝑊 - Hiệu suất thị ( công thức Levin) 𝑖 = ′𝑤 + 𝑏 𝑡𝑜 = 0,86 + 0,0025.0 = 0,86 (4.16, trang 66, [12]) Với R22 chọn b = 0,0025 (máy nén Freon) - Công suất thị (4.15, trang 66, [12]): 𝑁𝑎 13,124 𝑁𝑖 = = = 15,26 𝑘𝑊 𝑖 0,86 - Công suất ma sát (4.18, trang 67, [12]): 𝑁𝑚 = 𝑉ℎ 𝑃𝑚 102 = 0,029.0,5 102 = 1,45 𝑘𝑊 Chọn Pm = 0,5 bar - Công suất hiệu dụng (4.17, trang 67, [12]): 𝑁𝑒 = 𝑁𝑖 + 𝑁𝑚 = 15,26 + 1,45 = 16,71 𝑘𝑊 - Công suất trục máy nén truyền động trực tiếp: 𝑁 = 𝑁𝑒 = 16,71 𝑘𝑊  Tính toán suất lạnh tiêu chuẩn Do công suất lạnh của máy nén phụ thuộc rất lớn vào chế độ vận hành nên chế độ vận hành khác so với catologue Để chọn máy nén phù hợp ta tiến hành quy đổi suất lạnh từ chế độ vận hành sang chế độ quy chuẩn: Với R22, chế độ tiêu chuẩn là: t0 = -15℃; tqn = 15℃; tk = 30℃; tql = 25℃ SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 62 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Ta lập bảng thông số trạng thái của các điểm nút đồ thị: Bảng 5-2 Các thông số môi chất lạnh tại điều kiện tiêu chuẩn để chọn máy nén Điểm Trạng thái Hơi bão hịa khơ, x=1 Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Lỏng sôi, x=0 Lỏng chưa sơi Hơi bão hịa ẩm 1’ 3’ - P bar t ℃ v.103 m3/kg i kJ/kg s kJ/kgK 2,966 2,966 11,908 11,908 11,908 2,966 -15 15 85 30 25 -15 77,29 106,15 25,183 0,8515 - 698,38 719,7 759,315 536,51 515,19 515,19 1,7710 1,8448 1,8448 1,1248 -  Tính tốn chế đợ tiêu ch̉n: Tỷ sớ nén: πtc = - pk 11,908 = = 4,015 p0 2,966 Hệ sớ cấp: Dựa vào hình 7-4: hệ sớ cấp hiệu suất thị phụ thuộc vào tỷ số nén – trang 215, [10] với môi chất R22 ta có tc = 0,76 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn: q 0tc = i1 − i4 = 698,38 − 515,19 = 183,19 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: q 0tc 183,19 q vtc = = = 2370 kJ/m3 −3 v1 77,29 10 - Năng suất lạnh tiêu chuẩn (7-26, trang 220, [10]): Q 0tc = Q q vtc λtc 2370.0,76 = 68,639 = 47,943 kW qv λ 3349.0,77 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 63 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh  Chọn máy nén Dựa vào bảng 7-6: Máy nén pittong của Nga theo OTC – trang 226 / [10] ta chọn máy nén có thơng sớ sau: Ký hiệu: Πɓ40 Q0tc: 42,5 kW Sớ xi lanh: Đường kính pittơng: 76 mm Sớ vịng quay: 24 vg/s Vlt: 2,89.10-2 m3/s Dài  Rộng  Khối lượng: - Cao = 1020  620  580 mm3 365 kg  Tổn thất lượng công suất động Công nén đoạn nhiệt: Ns = G (i2 – i1) = 0,41 (754,68 – 704,28) = 20,664 kW - Hiệu suất thị: Dựa vào tỷ số nén 𝜋 ta có 𝑖 = 0,86 Công nén thị: Ni = - Ns 20,664 = = 24,028 kW ηi 0,86 Công suất hữu ích: Ne = Ni + Nms Công nén ma sát Nms : Nms = Vtt Pms, W Với máy nén R22 ngược dịng, Pms = 19 ÷ 34 kPa Ta chọn Pms = 25 kPa 𝑁𝑚𝑠 = 0,019.25 = 0,475 𝑘𝑊 𝑁𝑒 = 24,028 + 0,475 = 24,503 𝑘𝑊 - Công suất điện tiêu thụ: Nel = Ne ηtd ηel td - Hiệu suất truyền động Với máy nén nửa kín: td =  el - Hiệu suất động điện  el = (0,8 – 0,95) Chọn  el = 0,9 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 64 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH Nel = - CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Ne 24,503 = = 27,226 kW ηtd ηel 0,9 Công suất động điện lắp đặt: Ndc = (1,1 – 2,1).Nel Chọn: Ndc = 1,5.Nel = 1,5.27,226 = 40,84 kW 5.5 Chọn đường ống dẫn môi chất 5.5.1 Đường ống đẩy: - Lưu lượng thể tích mơi chất qua ớng đẩy: Vd = G.v2 = 0,41.17,27.10-3 = 7,081.10-3 m3/s - Tốc đợ mơi chất ớng đẩy: Tớc đợ dịng chảy thích hợp, với mơi chất R22, h =(8 – 15) m/s Ta chọn  d = 14 m/s - Đường kính của ớng: dt.d 4Vd 4.7,081 10−3 √ =√ = = 0,025 m π ωd π 14 Dựa vào bảng 10-3, [10]: loại đường ống cho máy lạnh Frn, ta chọn loại ớng có thơng sớ: Đường kính trong: dt.d = 25 mm Đường kính ngồi: dn.d = 28 mm 5.5.2 Đường ống hút - Lưu lượng thể tích mơi chất qua ớng hút: Vh = G.v1’ = 0,41.54,41.10-3 = 0,022 m3/s - Tốc độ môi chất ớng hút: Tớc đợ dịng chảy thích hợp, với mơi chất R22,  h =(7 – 12) m/s Ta chọn  h = 10 m/s - Đường kính của ống: 4Vh 4.0,022 dt.h = √ =√ = 0,05 m π ωh π 10 SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 65 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Dựa vào bảng 10-3, [10]: loại đường ống cho máy lạnh Freôn ta chọn loại ớng có thơng sớ: Đường kính trong: dt.h = 50 mm Đường kính ngồi: dn.h= 55 mm 5.6 Tính toán trở lực và chọn quạt 5.6.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy Theo sơ đồ bố trí của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn khơng khí từ quạt vào b̀ng sấy Diện tích mặt cắt được xác định theo công thức trang 357, [10]: V F = , m2 ω Trong đó : - F : Diện tích tiết diện đường ớng dẫn, m2 - V : Lưu lượng không khí đoạn ống, m3/s -  : Tốc độ không khí ống, m/s  Chọn 𝛚: Để lựa chọn tốc độ gió thích hợp mợt tốn kinh tế kỹ tḥt phức tạp Bởi vì: - Khi chọn tớc đợ lớn thì đường kính ớng nhỏ, chi phí cho đầu tư thấp, nhiên trở lực của hệ thống lớn và đợ ờn khí đợng của dịng khơng khí cao - Khi chọn tớc đợ thấp thì đường kính ống lớn, chi phí cho đầu tư lớn, khó khăn cho lắp đặt độ ồn giảm Để phù hợp với hệ thớng ta chọn tớc đợ gió kênh dẫn gió m/s  Tính lưu lượng khơng khí Trong chương 4, ta tính toán được lưu lượng khơng khí t̀n hồn giây Gkk = 1,75 𝑘𝑔/𝑠.Với nhiệt đợ trung bình b̀ng sấy 30,5℃, tra bảng 22 – Thông số vật lý của khơng khí khơ – trang 114, [11], ta có  = 1,163 kg/m3 Khi đó, ta có: Gkk 1,75 = = 1,5 m3 /s ρ 1,163 V 1,5 →F= = = 0,375 m2 ω V= SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 66 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH - CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Đường kính ớng dẫn khơng khí: 4F 4.0,375 d=√ =√ = 0,69 m π π Ta chọn đường kính ớng dẫn d = 200 mm, bề dày T = 10 mm, dài l = 400 m 5.6.2 Tính toán trở lực hệ thống  Tổn thất áp suất đường ớng gió Tởn thất ma sát được tính theo công thức 10-7, trang 341, [15] l ω2 ρ ∆Pms = λ , mmH2 O d Trong đó: +  - Hệ số tổn thất ma sát + l - Chiều dài ống l = 400 mm + d – Đường kính tương đương của ớng, d = 0,2 m +  - Tốc độ không khí ớng  = m/s +  - Khới lượng riêng của khơng khí tại nhiệt đợ 30,5℃ Thơng sớ vật lý của khơng khí khơ – Bảng 22/ [11], ta có thơng sớ của khơng khí tại 30,5℃ là:  = 1,163 kg/m3; υ = 16,03.10-6 m2/s Khi đó: Re = ω d 4.0,7 = = 1,7 105 v 16,03 10−6 Theo [16] trang 315, với ống tơn mỏng bề mặt láng, tiết diện trịn Re >10 thì:  = 0,0032 + 0,221 𝑅𝑒̉ −0,237 = 0,0032 + 0,221 (1,7 105 )−0,237 = 0,016 Vậy: l ω2 ρ 0,4 42 1,163 ∆Pms = λ = 0,016 = 0,298 mmH2 O d 0,2  Tổn thất cục bộ - Trở lực qua khay sấy xếp song song, ta có 𝜉 = 0,5 - Tởn thất cục bợ được tính theo cơng thức 10-6, trang 341, [15]: SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 67 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh ρ ω2 1,163 42 ΔPcb = ξ = 0,5.25 = 116,3 mmH2 O 2 Vậy tổn thất đường ống gió (10-5, trang 341, [15]): ΔP1 = ΔPms + ΔPcb = 0,298 + 116,3 = 116,598 mmH2 O 5.6.3 Tổn thất qua thiết bị hệ thống  Tính Δ𝑃2 : trở lực b̀ng xử lý khơng khí, buồng sấy Trở lực của buồng sấy phụ thuộc vào kiểu b̀ng sấy, cách bớ trí sản phẩm sấy, mật độ sấy… mà trở lực của buồng sấy lớn hay nhỏ và người ta xác định trở lực theo kinh nghiệm Hệ thống sấy chọn trở lực buồng sấy bằng mmH2O - Trở lực qua buồng xử lý khơng khí được tính theo cơng thức: ΔP ′ = (30 ÷ 70) Với ρ ω2 , mmH2 O  = 2,5 m/s, ta chọn trở lực qua b̀ng xử lý khơng khí 115 mmH2O → ΔP2 = 115 + = 120 mmH2 O - Tổng tổn thất trở lực của hệ thống là: ΔP = ΔP1 + ΔP2 = 116,598 + 120 = 236,598 mmH2 O Bảng 5-3 Tổn thất khí động bên hệ thớng sấy Vị trí Dạng tởn thất Tởn thất (mmH2O) Tởn thất đường ớng gió 116,385 Tởn thất trở lực hệ thống 236,385 Trở lực cục bợ qua b̀ng xử lí khơng khí Tổn thất ma sát qua buồng sấy Trở lực qua khay sấy SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp 120 0,298 0,5 Trang 68 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh 5.6.4 Chọn quạt Ta có suất N của quạt là (17.38, trang 334, [3]): 𝑉 𝜌𝑜 ∆𝑃 𝑁 = 𝑘 , 𝑘𝑊 3600.102 𝜌 𝑞 Trong đó: V: là lưu lượng ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, m3/h ∆𝑃: tổng cột áp quạt phải thực hiện k: hệ sớ dự phịng, k = (1,1 ÷ 1,2), chọn k = 1,1  q - hiệu suất của quạt,  q  (0,4  0,6) Chọn  q  0,6  - khối lượng riêng của khơng khí ở điều kiện tiêu ch̉n 𝜌0 = 1,293 𝑘𝑔/𝑚3  - khới lượng riêng của khơng khí ở nhiệt đợ trung bình tác nhân sấy 𝜌 = 1,163 𝑘𝑔/𝑚3 Thay số vào công thức, ta được: 𝑁 = 𝑘 𝑉 𝜌0 Δ𝑃 1,5.3600.1,293.236,598 = 1,1 = 6,45 𝑘𝑊 3600.102 𝜌 𝜂𝑞 3600.102.1,163.0,6 Từ suất quạt N, ta chọn quạt KORFAN công suất 3,5 kW SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 69 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh Bảng 5-4 Kết quả tính toán và chọn các thiết bị cho bơm nhiệt Thông số kĩ thuật Tên thiết bị Kích thước Số lượng Loại Dài Rộng Công suất Cao (kW) (mm) Máy nén Dàn ngưng tụ Dàn bay Máy nén pittong của Nga (Πɓ40) Ớng đờng cánh nhơm Ớng đờng cánh nhơm hình vuông (mm) (mm) 1020 565 485 41 500 476 986 - 500 432 864 - Thiết bị hồi nhiệt 7,54 Quạt hút Buồng sấy SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp - - - - 3,5 1200 700 1600 - Trang 70 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh CHƯƠNG TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Bảng 6-1 Tính toán sơ bộ giá thành vật tư Thành phần Vật liệu Khay sấy Inox 304 25 Thanh la Inox 304 Thanh V Số lượng Đơn vị Đơn giá Thành tiền (đồng/đv) (đồng) Cái 350.000 8.750.000 Cái 80.000 160.000 Inox 304 50 Cái 58.000 2.900.000 Bánh xe Cao su Cái 375.000 1.500.000 Tường tủ sấy Thép Tấm 18.000 72.000 Vật liệu cách nhiệt Bông thủy tinh Tấm 558.000 558.000 Quạt - Cái 6.350.000 12.700.000 Hệ thống bơm nhiệt - Cái 340.000.000 340.000.000 Tổng SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp 366.140.000 Trang 71 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh CHƯƠNG KẾT LUẬN  Ưu điểm - Khả giữ màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng tốt - Tiết kiệm lượng nhờ sử dụng cả lượng dàn nóng dàn lạnh - Hiệu quả sử dụng nhiệt cao - Có khả điều chỉnh nhiệt đợ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu khả chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưng - Công suất lớn - Chi phí đầu tư hệ thống thấp so với các phương pháp sấy lạnh khác - Vận hành đơn giản,an tồn - Bảo vệ mơi trường  Nhược điểm - Thời gian sấy lâu chênh lệch áp suất nước vật liệu sấy tác nhân sấy không lớn - Phải có phương pháp xả băng sau một thời gian làm việc - Giá thành sản phẩm cao - Chi phí vận hành, bảo dưỡng cao SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 72 Đồ Án Quá Trình và Thiết Bị - CNHH CBHD: Ts.Lương Huỳnh Vủ Thanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://tamvocviet.vn/bua-an-lanh-manh/cong-dung-va-gia-tri-dinh-duong-cuakhoai-tay-499-136088.html, truy cập ngày 14/3/2019 [2] Hồ Hữu An – Đinh Thế Lộc, Cây có củ và kỹ thuật thâm canh - Cây khoai tây, NXB lao động xã hội [3] Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB giáo dục 2002 [4] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, NXB giáo dục 2008 [5] Nguyễn Bin, Sổ tay Qúa trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005 [6] Nguyễn Văn Lụa, Quá trình thiết bị cơng nghiệp hóa học thực phẩm tập – Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB Đại học Quốc gia TPHCM 2001 [7] Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2006 [8] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học và kỹ thuật 1999 [9] Bùi Hải – Trần Thế Sơn, Kỹ thuật nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004 [10] Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nguyễn Đức Lợi - Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật [11] Sổ tay Nhiệt động kỹ thuật truyền nhiệt – Nguyễn Thuần Nhi, Khoa công nghệ, Đại học Cần Thơ [12] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, NXB giáo dục [13] Hệ thống máy thiết bị lạnh – PGS.TS Đinh Văn Thuận - TS Võ Chí Chính – NXB Khoa Học Kỹ Thuật [14] Bùi Hải, Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001 [15] Võ Chí Chính, Giáo trình điều hịa khơng khí, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội [16] Lê Chí Hiệp, Kỹ thuật điều hịa khơng khí, NXB Khoa học và kỹ tḥt SV: Nguyễn Thị Ngọc Diệp Trang 73 ... xuất khoai tây Việt Nam qua các năm Diện tích Sản lượng Năng suất tấn Tấn/ha 20 11 22 611 311 604 13,8 20 12 27 585 403 717 14,7 20 13 23 077 313 383 13,6 20 14 22 823 321 700 14,1 20 15 21 767... Qll(kJ) Lí thuyết Thực tế 28 5,714 28 5,714 47077,953 47077,953 7843,714 7843,714 129 24 32, 287 129 24 32, 287 48,047 48,047 3,5 10−3 3,5 10−3 7843,706 7775,707 129 2430,969 128 122 6,57  Nhận xét: Lượng... Thành phần Nước 77,4 70,4 69,7 70,4 71,3 72, 9 76,3 Chất khô 22 ,6 29 ,6 30,3 29 ,6 28 ,7 27 ,1 23 ,7 Tinh bột 14,1 23 ,7 24 ,7 23 ,9 23 21 ,3 18,1 Protide 2, 01 1,48 1,41 1,48 1,04 1,8 Nitrogen hòa