5.1.1 Công đoạn sấy
Máy sấy băng tải
Lƣợng nguyên liệu cần sấy: G5 = 1568,41 (kg/h) [bảng 4.7] Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 40 %.
Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 20 %.
Nhiệt độ sấy cho phép: t1 = 70 oC , suy ra P1bh = 0,3177 (at) [5; tr 312] Nhiệt độ ra của tác nhân sấy: t2 = 40 oC, suy ra P2bh = 0,0752 (at).
5.1.1.1 Tính các thông số của không khí trước khi vào calorifer
Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy ở Hải Dƣơng nên ta chọn nhiệt độ là: t0 = 23,5 oC, độ ẩm là: = 84 %. [6; tr 99]
Vậy Pbh = 0,03 (at) [5; tr 312]
Hàm ẩm của không khí đƣợc tính theo công thức sau: x0 = 0,622 ×
[10; tr 105]
= 0,622 ×
= 0,016 (kg/kgkkk)
Hàm nhiệt của không khí ẩm trƣớc khi qua calorifer: I0 = (1 + 1,97 × x0) × t0 + 2493 × x0 [6; tr 105]
= (1 + 1,97 × 0,016) × 23,5 + 2493 × 0,016 = 64,13 (kJ/kgkkk)
5.1.1.2 Các thông số của không khí khi qua calorifer trước khi vào máy sấy
Chọn nhiệt độ sấy: t1 = 70oC, suy ra P1bh = 0,3177 (at) [5; tr 312]
Khi đi qua calorifer, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhƣng không thay đổi hàm ẩm nên: x1 = x0 = 0,016 (kg/kgkkk) [4; tr 188]
Nhiệt lƣợng riêng của không khí lúc này: I1 = (1 + 1,97 × x1) × t1 + 2493 × x1
= (1 + 1,97 × 0,016) × 70 + 2493 × 0,016 = 112,09 (kJ/kgkkk) Độ ẩm của không khí ở 70 oC: φ1 = [6; tr 105] = = 0,081
5.1.1.3 Thông số của không khí sau sấy
Chọn nhiệt độ khi ra khỏi máy sấy: t2 = 40 oC Suy ra, P2bh = 0,0752 (at) [5; tr 312]
Vì là quá trình sấy lý thuyết nên nhiệt lƣợng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình sấy: I2 = I1 = 112,09 (kJ/kgkkk) [4; tr 191]
Hàm ẩm của tác nhân sấy: x2 =
=
= 0,028 (kg/kgkkk)
Độ ẩm của tác nhân sấy: φ2 =
=
= 0,59
Tính nhiệt độ điểm sƣơng: x2 = 0,622 ×
(với 2 = 1) [4;tr 175] Suy ra:Pbh =
=
= 0,044 (at) Dựa vào bảng I.251, [5; tr 312], ta đƣợc: ts = 30,44 0C Do đó: t = t2 –ts = 40 – 30,44 = 9,55 0C
Vì t < 10 oC nên việc ta chọn t2 = 40 0C là thích hợp
5.1.1.4 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm
l =
=
= 87,11 (kg/kg ẩm) [6; tr 105]
5.1.1.5 Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy
L = l × U (kgkkk/h) [6; tr 102]
Theo mục 4.2.2.7, có U = ΔG = 1568,41 - 1176,31= 392,10 (kg/h) Suy ra: L = 87,11 × 392,10 = 32586,31 (kgkkk/h)
5.1.1.6 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy
* Lƣợng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1 kg ẩm q1 =
[6; tr 102] =
– = 3997,03 (kJ/kg ẩm)
* Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình bay hơi ẩm Q1 = q1 × U [6; tr 102]
= 3997,03 × 392,10 = 1559243 (kJ/h)
* Nhiệt lƣợng cần cung cấp để đun nóng nguyên liệu sấy Q2 = G × C1 × ( ttb – t0) [6; tr 102]
Trong đó:
- G là lƣợng nguyên liệu ban đầu đƣa vào sấy, G7 = 1568,41 (kg/h) [bảng 4.7].
- C1 là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, C1 = 3870 (J/kg.oC).
- to là nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu sấy, to= 50 oC.
- ttb là nhiệt độ đun nóng cho phép nguyên liệu sấy: ttb = = = 55 oC
Suy ra: Q2 = 1568,41× 3870 × ( 55 - 50) = 30348734 (J/h) = 30348,73 (kJ/h) * Nhiệt lƣợng tổn thất do vật liệu sấy mang ra:
Q vl = M2 [10; tr 58] Với:
- M2b= 1176,31 (kg/h)
- θ1 là nhiệt độ lúc đầu của vật liệu sấy, θ1 = t0 = 50 oC.
- θ2 là nhiệt độ ra của vật liệu sấy, thông thƣờng lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy là 10oC, vậy chọn θ2 = 70 – 10 = 60 oC.
- Cvl là nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm: Cvl = 2,84 (kJ/Kg.0C) [39] Suy ra: Q vl = 1176,31 × 2,84 × (60 - 50) = 33407,2 (kJ/h)
* Tổn thất nhiệt ra môi trƣờng
Qmt = [9; tr 60] Trong đó:
K: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị K =
[6; tr 248] Trong đó:
- 1, 2: là hệ số cấp nhiệt trong và ngoài thiết bị (W/m2.oC).
1 = 2 = 6,15 + 4,17 × v = 6,15 + 4,17 × 3 = 18,66 (W/m2.oC). (Với v là vận tốc sấy, m/s)
- 1, 2: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu buồng sấy và lớp cách nhiệt (W/m.oC).
1 = 20,9 (W/m.0C); 2 = 0,116 (W/m.oC). [5; tr 127]
- δ1, δ 2: chiều dày lớp vật liệu buồng sấy và lớp cách nhiệt (W/m2.oC).
δ1 = 0,02 (m); δ 2 = 0,01 (m) Suy ra: K =
= 5,15 (W/m2.oC).
F: Diện tích xung quanh của thiết bị sấy
F = P × H = 2 × (L + W) × H = 2 × (14,675 + 2,408) × 3,385 = 115, 65 (m2) ( P, L, W, H lần lƣợt là chu vi đáy, chiều dài, chiều rộng và chiều cao thiết bị, m)
Δttb: Hiệu số nhiệt độ trung bình =
× [6; tr 5] Với t1, t2 hiệu số nhiệt độ đầu và cuối
t1 = 70 – 40 = 30 oC ; t2 = 50–40 = 10 oC
tb: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, phụ thuộc vào các thông số R, P [4;tr69] R =
= 3
P = –
Tra bảng chọn = 0,95 [6; tr 7] Từ đó, ta có: =
× 0,95 = 27,41 oC
Suy ra: Qmt = 5,15 × 115, 65 × 27,41 = 16325,33 (W) = 58771,18 (kJ/h)
Tổng tổn thất trong quá trình sấy:
Q3 = Qvl + Qmt = 33407,2 +5 8771,18 = 92178,38 (kJ/h)
* Nhiệt do ẩm của vật liệu sấy mang vào:
Q4 = U × θ1 × Ca [6; tr 102]
= 392,10× 50 × 4,18 = 81948,9 (kJ/h) * Nhiệt lƣợng cần để cung cấp cho calorifer Q = Q1 + Q2 + Q3 - Q4
= 1559243 + 30348,73 + 92178,38 - 81948,9 = 1599821 (kJ/h)
Lƣợng hơi nƣớc bão hòa dùng cho máy sấy: D1 = =
(kg/h)
Trong đó: r là ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nƣớc bão hoà ở nhiệt độ 120 oC. rhh = 526,7 (kcal/kg) = 2201,61 (kJ/kg) [5; tr 313]
5.1.2 Công đoạn cô đặc
Lƣợng hơi cần cung cấp cho quá trình cô đặc: D2’ = 130 (kg/h) [mục 6.2.7]. Thời gian cô đặc là 2 h.
Vậy lƣợng hơi cần cung cấp là: D2 = 130 × 2 = 260 (kg/h). Ta có: D2 =
Trong đó:
Cô đặc ở nhiệt độ 60 0C. Vậy ẩn nhiệt hóa hơi: rhh = 2356,9 (kJ/kg) [5; tr 313]. Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho quá trình cô đặc:
Qcđ = D2 × rhh = 260 × 2356,9 = 612794 (kJ/h)
Theo bảng 4.7, lƣợng bán thành phẩm đƣa vào quá trình chần: G4 = 1333,51 (kg/h), sử dụng thiết bị chần băng tải thì các thông số của nguyên liệu nhƣ sau:
Nhiệt dung riêng của cà rốt: Ccr = 3,81 kJ/kg.độ [39]. Nhiệt độ ban đầu của cà rốt: t1= 23,5 oC, nhiệt độ cao nhất của cà rốt khi chần: t2 = 90 oC.
Nhiệt lƣợng cần cung cấp:
Q1 = G4 × Ccr × (t2 - t1) = 1333,51 × 3,81 × (90 – 23,5) = 337864,80 (kJ/h) Nhiệt lƣợng cần cung cấp để đun nóng nƣớc ( nhiệt lƣợng này cần thêm 30 % so với nhiệt lƣợng cần để chần cà rốt ):
Q2 = 1,3 × 337864,80 = 439224,20 (kJ/h) Đặc tính hơi gia nhiệt:
- Áp suất: p = 3 - 4 atm.
- Nhiệt hóa hơi: rhh = 2285 kJ/kg [5, tr 313].
- Hơi ngƣng tụ chiếm 90 % so với tổng lƣợng hơi cấp vào.
Lƣợng hơi cần cung cấp để đun nóng nƣớc ( giả sử tổn thất nhiệt ra môi trƣờng 5% ):
D3 = 1,05 ×
= 1,05 ×
213,58 (kg/h)
Tổng lƣợng hơi cung cấp cho dây chuyền mứt cà rốt là: D = D1 + D2 + D3 = + 260 + 213,58 = 1200,24 (kg/h)