a. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi được xác định bởi công thứ 𝑄𝑚 = 𝐺2. 𝐶𝑣. (𝑡𝑣2− 𝑡𝑣1)[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑎] Trong đó:
G2: lượng vật liệu ra khỏi thiết bị [kg/h];
Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ra khỏi thiết bị; 𝐶𝑣 = 𝐶𝑝 + (𝐶𝑎 − 𝐶𝑝). 𝜔2
Với
Cp: nhiệt dung riêng tuyệt đối của thanh long, Cp = 3,800 [kJ/kgK]; Ca: nhiệt dung riêng của nước, Ca = 4,1868 [kJ/kgK];
ω2: độ ẩm của thanh long sau khi ra khỏi thiết bị sấy, ω2 = 15[%].
Thay các thông số vào công thức, xác định được nhiệt dung riêng của thanh long khi ra khỏi thiết bị sấy:
𝐶𝑣 = 3,8 + (4,1868 − 3,8). 0,15 = 3,858[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝐾] Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi là:
𝑄𝑣 = 100𝑥3,858𝑥(45 − 26) = 7330,2[𝑘𝐽] 𝑞𝑣 =𝑄𝑣
𝑊 =
7330,2
553,85= 13,24[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑎]
b. Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường
Bên cạnh tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi, nhiệt tổn thất còn do sự tỏa nhiệt vào môi trường. Tổn thất này được mô tả như hình 3.
Hình 3.4. Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt vào môi trường. Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: 𝑡𝑓2 = 𝑡0 = 26 ℃;
Nhiệt độ bên trong buồng sấy:
𝑡𝑓1 = 𝑡2 + 𝑡3 2 =
40 + 55
P a g e | 33
Buồng sấy có tường làm bằng 2 lớp inox có chiều dày δ = 0,015 – 0,016 m, hệ số dẫn nhiệt λ = 50 W/mK. Lớp bông thủy tinh có chiều dày δ = 0,05m, hệ số dẫn nhiệt λ = 0,063 W/mK.
Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức 𝑄5 = 𝐾. 𝐹. 𝛥𝑡[𝑊] Trong đó:
F: diện tích xung quanh buồng sấy, F = (6,8 + 8,5) . 2 . 3,16 = 96,696 [m2]; Δt: độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng sấy, [oC];
∆𝑡 = 𝑡𝑓1− 𝑡𝑓2 = 47,5 − 26 = 21,5[℃] K: hệ số truyền nhiệt, [W/m2K] 𝐾 = 1 1 𝛼1 + ∑ 𝛿𝑖 𝜆𝑖 + 1 𝛼2 Trong đó:
𝛼1: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của môi trường sấy đến vách thiết bị, W/m2K; 𝛼2: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt ngoài thiết bị đến môi trường, W/m2K; 𝛿𝑖, 𝜆𝑖 : chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp của vỏ thiết bị.
Để xác định 𝛼1 và 𝛼2 ta dùng phương pháp lặp
Với vận tốc gió trong buồng sấy chọn là 2m/s, khi sấy đối lưu cưỡng bức 𝛼1< 5m/s 𝛼1 = 6,15 + 4,17 . v = 6,15 + 4,17 . 2 = 14,5 [W/m2K]
Ta có:
𝑞 = 𝛼1(𝑡𝑓1 − 𝑡𝑤1) =𝜆
𝛿(𝑡𝑤1− 𝑡𝑤2) = 𝛼2(𝑡𝑤2– 𝑡𝑓2)
Giả sử nhiệt độ vách trong buồng sấy là tw1 = 50 oC, mật độ dòng nhiệt truyền qua: 𝑞 = 14,5 . (55 − 50) = 29 [𝑊/𝑚2]
Nhiệt độ vách ngoài tường đượng xác định theo công thức 𝑞 = 𝜆 𝛿. (𝑡𝑤1− 𝑡𝑤1) → 𝑡𝑤2 = 𝑡𝑤1− 𝑞.𝛿 𝜆 𝑡𝑤2 = 53 − 29 (2 . 0,008 50 + 0,05 0,063) = 29,97[℃] Nhiệt độ định tính 𝑡𝑚 =𝑡𝑤2 + 𝑡0 2 = 29,97 + 26 2 = 27,99[℃]
Tra bảng thông số vật lý của không khí với 𝑡𝑚 = 27,99 ℃, các thông số có giá trị như sau: 𝜆 = 2,65 . 10−2 [𝑊/𝑚2𝐾];
𝑣 = 15,92. 10−6[𝑚2/𝑠]; Pr = 0,701.
Tiêu chuẩn Grashoft: 𝐺𝑟 = 𝑔. 𝛽. 𝛥𝑡. 𝑙 3 𝑣2 = 9,81.21,5. 1,6 3 (15,92. 10−6)2. (27,99 + 273) = 1,13 . 10 10
Xét Gr.Pr = 0,701 . 1,13.1010 = 7,92 . 10 9 thuộc khoảng (2.107 – 1013) C = 0,135; n = 0,33
Thay giá trị C, n, Gr, Pr vào công thức Nusselt:
𝑁𝑢 = 𝐶(𝐺𝑟. Pr )𝑛 = 0,135. (7,92.109)0,33 = 249,41 Hệ số tỏa nhiệt 𝛼2 xác định được là
𝛼2 =𝑁𝑢. 𝜆 𝑙 = 249,41.2,65 . 102 1,6 = 4,13[𝑊/𝑚 2𝐾] 𝑞′ = 𝛼2(𝑡𝑤2− 𝑡𝑓1) = 4,13(27,99 − 26) = 8,22[𝑊/𝑚2] So sánh q va q’ ∆𝑞 = |𝑞 − 𝑞′| 𝑞 = |29 − 8,22| 29 = 0,72% < 10%
Do kết quả so sánh được rất nhỏ nên kết quả tính toán ở trên có thể chấp nhận được. Từ đó xác định được hệ số truyền nhiệt:
𝐾 = 1 1 𝛼1 + ∑ 𝛿𝑖 𝜆𝑖 + 1 𝛼2 = 1 1 14,5 + 2.0,015 50 + 0,05 0,063 + 1 4,13 = 0,905[𝑊/𝑚2𝐾] Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường:
𝑄5 = 𝐾. 𝐹. ∆𝑡 = 0,905.96,696.2.21,5 = 3762,92[𝑊] Nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường trong quá trình sấy:
𝑞5 =𝑄5
𝑊 =
3762,92 .3600
553,85 = 24458,81[𝐽/𝑘𝑔𝑎] = 24,459[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑎]
c. Tổn thất nhiệt để làm nóng lưới sấy
Như kết quả đã chọn ở mục 3.1 lưới sấy có kích thước 1000x2000 mm, lưới sấy có bề dày δ = 1mm. Hệ thống sấy gồm 33x16 = 528 khay sấy. Tổng diện tích khay sấy là:
𝐹𝑘 = 𝐹 . 𝑛 = 1 . 2 . 528 = 1056 [𝑚2] Khối lượng inox để làm khay sấy là:
𝐺𝑖𝑛𝑜𝑥 = 𝑉. 𝜌𝑖𝑛𝑜𝑥 = 𝐹𝑘. 𝛿. 𝜌𝑖𝑛𝑜𝑥 = 1056.0,001.7930 = 8374,08[𝑘𝑔] Nhiệt lượng tổn thất để làm nóng lưới sấy:
𝑄𝑣𝑐 = 𝐺𝑖𝑛𝑜𝑥. 𝐶𝑖𝑛𝑜𝑥. (𝑡3 − 𝑡1′) = 8374 . 0,5 . ( 55 − 26) = 121423 [𝑘𝐽] 𝑞𝑣𝑐 =𝑄𝑣𝑐
𝑊 =
121423
553,85 = 219,23[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑎]
d. Nhiệt hữu ích do vật ẩm mang vào
𝑞1 = 𝐶𝑎. 𝑡𝑣1
Trong đó Ca là nhiệt dung riêng của nước, lấy Ca = 4,1868 [kJ/kgK] Nhiệt hữu ích do vật liệu sấy mang vào:
𝑞1 = 4,1868.26 = 108,86[𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑎] Tổn thất nhiệt của quá trình :
P a g e | 35