1 Hầm sấy 6 Van khóa
2 Quạt 7 Cửa hầm
3 Ống dẫn khí 8 Trần hầm
4 Calorife 9 Xe goong
5 Áp kế 10 Tời kéo
Bảng . Bảng chú thích sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy hầm * Thuyết minh sơ đồ nguyên lý
Nấm được xếp vào khay và đặt lên xe goong (9), các xe goog đó được đưa qua của nhập liệu (7) vào hầm sấy
Không khí bên ngoài được đưa vào calorife (4) nhờ quạt (2). Tại calorife không khí được đốt nóng lên và đi qua buồng hòa trộn đến nhiệt độ cần thiết (calorife dùng chất tải nhiệt là hơi nước). Sau đó không khí được dẫn vào hầm sấy. Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy phải được chọn sao cho phù hợp với vật liệu sấy (nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vật liệu có thể chịu được). Trong buồng sấy không khí nóng đi xuyên qua các lỗ lưới của khay đựng vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy. Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờ nhiệt
của dòng khí nóng trên. Quạt hút được đặt ở cuối hầm sấy để hút các tác nhân sấy ra khỏi hầm.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY 1. Cân bằng vật liệu
1.1 Các thông số ban đầu
Độ ẩm ban đầu của vật liệu: w1= 75%(theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật thuật sấy
Độ ẩm cuối của vật liệu: w2 = 15% NXBGD,2008-trang 93).
Chọn : t1= 65oC ( Nhiệt độ sấy đầu vào ) t2= 35oC ( Nhiệt độ sấy đầu ra )
Dùng tác nhân sấy là không khí, chọn vị trí sấy tại thành phố Hồ Chí Minh. Vì vậy ta có :
tkhông khí = t0 =27,2oC độ ẩm: φ0 = 77%.
1.2 Lượng ẩm cần bay hơi: ( trang 98 ) w1-w2 0,75-0,15 w1-w2 0,75-0,15
1-w2 1-0,15 Trong đó:
G1: Khối lượng nguyên liệu trước khi sấy (kg/mẻ) w1,w2: độ ẩm vật liệu trước và sau khi sấy, (%)
1.3 Khối lượng vật liệu sau khi sấy:
G2 = G1-W = 600 - 423,529 = 176,471 kg/mẻ
G1, G2: Khối lượng vật liệu trước và sau khi sấy W: lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy, kg
1.4 Lượng vật liệu khô cần tuyệt đối
Gk = G1.(1-w1) = 600.(1- 0,75) = 150 kg/mẻ
2.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết
2.2.1 Tính toán trạng thái không khí bên ngoài
Theo như đã chọn ta có: tkk= t0 =27,20C độ ẩm : φ0 = 77%.
Độ ẩm chứa do = 0,662. =
0,662. = 0,0183
p- φ0 . pbo 1- 0,77. 0,0371
( trang 98,TVP) ( kg ẩm/ kg kkk )
Theo Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2, NXB KH-KT, 2006, trang 105)
Trước khi sấy :
Chọn P áp suất chung của tác nhân sấy. Chọn P = 1at
Pbo : áp suất hơi bão hoà của nước ở nhiệt độ bầu khô (at). Tra theo bảng tính chất lý hoá của hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ tại tkhông khí = 27,20C (Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 1 NXB KH-KT,2006- bảng 28.589-trang 312).
* Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm
I0 = Ck.to + (ro+ Ch.to).do (*)
(công thức VII.13-trang 95 Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 2 NXB KH-KT,2006)
Trong đó Ck =1 kj/kg.độ : Nhiệt dung riêng của kk khô
ro = 2493 kj/kg : Nhiệt hóa hơi của nước
Cn = 1,97 kj/kg.độ : Nhiệt dung riêng của hơi nước
Thay vào công thức (*) ta có:
Io = 1.27,2 + (2493 + 1,97.27,2).0,0183 = 73,8025 kg/kj không khí khô
2.2.2 Tính toán trạng thái không khí vào hầm sấy
- Độ chứa ẩm của tác nhân sấy vào hầm:
d1 = d0 = 0,0183 kg ẩm/ kgkkk (trang 98,TVP)
-Entalpy của tác nhân sấy vào hầm:
I1 = t1 + (2493 + 1,97. t1). d1 = 65 + (2493 + 1,97.65).0,0183= 112,9652
( Kg/kj kkk ) - Độ ẩm tác nhân sấy vào hầm
P.d1 1.0,0183
φ1 = = = 11,12%
Tra Pbh1 ở 650C theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 1 NXB KH-KT,2006- bảng 1.250-trang 312 ta được:
Pbh1 = 0,255 at - Nhiệt dung riêng của dẫn xuất:
(d1) = Ck + d1 x Ch = 1 + 0,0183 x 1,97 = 1,036 kj/kg kkk (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008 - trang 157)
2.2.3 Tính toán trạng thái không khí ra khỏi hầm sấy
- Độ ẩm của tác nhân sấy vào hầm
((t1-t2) 1,036.(65-35)
d20 = d1 + = 0,0183 + = 0,0304 kgh/khk r + .t2 2493 + 1,97.35
(theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008-công thức 7.6-trang 99)
- Entalpy của tác nhân sấy ra khỏi hầm: I20 = I1 = 112,9652 kJ/kgkkk
- Độ ẩm tác nhân sấy ra khỏi hầm:
P.d20 1.0,0304
φ20 = = = 81,3%
Pbh2.(0,622+d20) 0,0573.(0,622+0,0304)
Độ ẩm này thỏa mãn điều kiện kinh tế - kỹ thuật: 800C ≤ φ20 ≤900C
- Lượng không khí cần thiết trong quá trình sấy: W 423,529
L = = = 35002,397 (kg kkk/mẻ) d20-d1 0,0304-0,0183
( sổ tay thiết bị tập 2, V.II.21, trang 102)
- Thể tích của không khí ở trạng thái () ứng với 1kg không khí khô theo phụ lục cuối sách :
= 1,001. 35002,397 = 35037,339 /h
- Lượng không khí cần làm bay hơi 1 kg ẩm: L 1 1
l = = = = 82,64 (kg kk/ kg ẩm)
W d20 - d1 0,0304 - 0,0183 ( sổ tay thiết bị tập 2, V.II.20, trang 102)
2.2.5 Lượng nhiệt tổn thất cho quá trình sấy lý thuyết
- Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy:
Q = L (I1 - I0) = 35002,397 (112,9652 - 72,8143 ) = 1405377,742 (kJ/ mẻ)
(công thức dòng 30-trang 103, Sổ tay QT và TB CNHH tập 2, NXB KHKT,2006)
- Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm: I20 – Io 112,9652 – 73,8025
q = = = 3236,586 (KJ/Kg ẩm)
d20 –do 0,0304 – 0,0183 2.2.6. Tính chọn thời gian sấy
Ta có: t1 = tk = 650C, φ1 ≈ 11,2 %. Tra đồ thị I-d, ta được nhiệt độ tư
≈ 32oC.
Cường độ bay hơi:
Jm = αm(pm – pa) 760 kg/m2.h B
(công thức dòng 22-trang 32-Tính toán và thiết kế hệ thống sấy- Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
Với B: áp suất khí trời nơi ta xác định được độ ẩm tương đối φ, B = 760 mmHg
αm : Hệ số bay hơi ,kg/m2 .h mà ta có Jm .r = α (tk -tư)
với r là ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/kg
α: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên (W/m2.K)
(suy ra từ công thức 2.32, 2.33, 2.34-trang 31 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy Trần Văn Phú, NXBGD,2001) chúng ta được: => Pm – Pa = . (tk - tư) = A(tk - tư)
α Với A gọi là hệ số ẩm kế A=
αm.r
Chọn vận tốc tác nhân trong hầm sấy là v = 0,5 m/s (theo chế độ sấy nấm-trang 109, Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008).
6,75
Vì v ≥ 0,5 m/s nên theo thực nghiệm: A = (65 + ). 10-5 (công thức 2.37b
v
trang 32 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
6,75
A= (65 + ). 10-5 = 65.10-5
0,5. 3600 Khi tốc độ dòng khí v ≤ 5 m/s: α = 6,15 + 4,17 v, W/ .K (công thức 7.46-trang 144 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001) => α = 6,15 + 4,17 x 0,5.3600 = 7512,15 (W/m2 .K) α 7512,15 Từ A, α suy ra: αm = = = 4635,842 kg/m2.h A.r 65.10-5.2493 => Jm = αm. (Pm-Pa) = αm. A. (tk - tư) = 4635,842. 65.10-5 .(65 - 32) = 99,438 (kg/m2.h) - Tốc độ sấy đẳng tốc N =100. J�. � (%/h)
: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/mẻ
f: diện tích bề mặt vật liệu, m2 .Chọn đường kính nấm Linh Chi d =10cm. Chiều dày nấm h = 1 cm.(trang 140 Nuôi trồng và sử dụng Nấm ăn, Nấm dược liệu-Trần Hữu Đống, NXB Nghệ An). Xem
như mũ Nấm linh chi có dạng hình tròn và phần cuống bị cắt bỏ ta có diện tích bề mặt riêng:
f = 2 + 2 = 2 + 2 . 0.01 0.019
N= 100. 99,439. 0.019 188,934 (%h) - Độ ẩm cân bằng = 12,983 %
- Độ ẩm tới hạn: = + (theo công thức 5.26-trang 103 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
= 12,983 + = 54,65 %
Thời gian sấy: T = + = - .ln , h
( thay công thức 5.25 vào ct 5.31 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
T = - ln = 0, 77 h
Thực tế không khí chuyển động trên vật liệu không được đồng đều, vì vậy thời gian sấy lý thuyết cần phải tăng lên từ 1,5 đếm 2 lần.
Chọn thời gian sấy : T = 2.0,77 = 1,54 h
2.3. Tính chọn số xe goong và kích thước của hầm sấy
Chọn kích thước xe goòng:
- Chiều cao xe: = 1700 mm
- Chiều cao bánh xe: = 100 mm
- Chiều dài xe: = 1000 mm
Chọn kích thước khay sấy: - Chiều dài khay = 1000 mm - Chiều rộng xe = 1000 mm - Chiều cao khay = 50 mm
- Khoảng cách giữa 2 khay: 50mm + Hai giàn đỡ cách nhau 100 m
Khay có chừa mép để thuận tiện cho việc di chuyển khay, mỗi mép cách khay 0,01m. Trên khay có đục lỗ phía đáy để nâng cao hiệu suất sấy. Mỗi lỗ có đường kính d= 0,005m, khoảng cách giữa 2 lỗ là 0,005m, khoảng cách từ tâm tới khay là 0.005m. Ta có:
Gọi x là số lỗ trên 1 hàng,ta có:
1 = 0,02×2 + 0,005.2 + 0,005x + 0,005.(x - 1) => x = 96 [lỗ]
Vậy số lỗ trên 1 khay = xy =96.96 = 9216 [lỗ]
Một xe goòng sẽ đặt 17 khay Khối lượng vật liệu sấy trên 1 xe ( mỗi khay chứa 5kg nấm tươi):
= 5 . 17 = 85 kg Số xe goòng cần thiết là: N= = ≈ 10 xe Kích thước hầm sấy Chiều rộng: = + 2.50 = 1100mm Chiều dài: = n. + 2.= 15.1000 + 2.1000= 17000 mm Chiều cao: = + 2.50= 1700+ 2.50 = 1800 mm
Kích thước phủ bì hầm sấy. Hầm sấy được xây bằng gạch có bề dày 1 250mm. Nền hầm sấy sẽ được đổ bê tông dày 400mm.
Trần hầm sấy được đổ bêtông xốp, nhẹ, có chiều dày 2=70mm và trên đó có rải một lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh có chiều dày 3= 150mm. (Trần Phú ,2001-trang 197) .Như vậy, kích thước phủ bì của hầm sấy bằng:
Chiều rộng: B = + 21 = 1100 + 500 = 1600 mm
Chiều cao: H = + 2 + 3 = 1800 + 70 +150 + 100 = 2120 mm
PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY
3.1. Tính toán nhiệt hầm sấy
3.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
Theo kinh nghiệm sấy nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy từ 5 đến 10 . Trong hệ thống sấy hầm, tác nhân sấy cắt ngang vật liệu sấy nên = – (5÷10). Vậy = 65 – 5 = 60.
Nhiệt dung riêng của nấm ra khỏi hầm: ()= + (-). = 1,46+ ( 4,18 – 1,46).0,15 = 1,868 kJ/kg.K (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy,NXBGD,2008 –trang 103).
= = = 25,53 ( kJ/kg ẩm)
3.1.2. Tổn thất do thiết bị vận chuyểna. Tổn thất do xe goòng mang đi qx: a. Tổn thất do xe goòng mang đi qx:
Chọn xe goòng được làm bằng thép CT3 với khối lượng = 45 kg, = 0,5 kJ/kg.K. Do đó: (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy, NXBGD, 2008 –trang 103).
b. Tổn thất do khay đựng mang đi :
Khay đựng sản phẩm làm bằng nhôm có đục lỗ với = 2 kg, = 0,86 kJ/kg. Do đó: (theo Trần Văn Phú -Kỹ thuật sấy, NXBGD, 2008 –trang 103).
=
= = 31,4 kJ/kgh
Vậy tổn thất do thiết bị truyền tải : = qx + qk = 13,04 + 31,4 = 44,44 kJ/kg ẩm.
3.1.3. Tổn thất ra môi trường
Diện tích tự do của hầm sấy:
= (.- 14..) = ( 1,1.1,8 – 14.1.0,05) = 1, 28
Tác nhân sấy khi vào hầm sấy có = 65 và = 11,2 %. (Theo phụ lục 5 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001- trang 196),với thông số này thể tích không khí ẩm chứa một kh không khí khô = 1,004 /kgkk. Tương tự ta có tác nhân sấy ở = 35 và = 81,3 % => = 0,937 /kgkk. Do đó:
= = = 22819,74 = = = 21297,12
Lượng thể tích trung bình: = 22058,37 = 6,127 Lưu lượng tác nhân sấy tối thiểu:
= = = 4,43 m/s
(trần phú ,2001-trang 198)
Tường hầm sấy làm bằng gạch đỏ có bề dày 0,25m và hệ số dẫn nhiệt là 0,77W/K.
Do lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực V bao giờ cũng lớn hơn . Do đó ta giả thiết tốc độ trong quá trình sấy thực là w = 4,5 m/s.
- Các dữ liệu tính mật độ dòng nhiệt truyền qua 2 tường bên hầm sấy:
+ Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy:
= = = 50
+ Nhiệt độ dịch thể lạnh là nhiệt độ môi trường: = 27,2
Kích thước xác định chiều cao tường hầm sấy: Hh = 1800 mm và hệ số dẫn nhiệt: = 0,77 W/mK. Chúng ta đem tác nhân sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ v = 4,5 m/s, không khí bên ngoài chuyển động đối lưu tự nhiên và chảy rối.
Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên ktb: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và tường hầm sấy thực α1 và giữa mặt ngoài tường hầm với môi trường α2 tính theo công thức sau:
= 6,15 + 4,17.w = 6,15 + 4,17.4,5 = 24,915 W/
(công thức 7.46 trang 144 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
=
(công thức 7.50 trang 145 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-Trần Văn Phú, NXBGD,2001)
Từ đây, phương pháp lặp theo công thức: = (-)= ()(+)=(-)
= 35,56 W/ = - = 48,7 - = 37,15
Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường với môi trường: = 37,15 – 27,2 = 9,95
Nhiệt độ xác định = (/2 = = 32,2
Tại tra bảng (I.255 STQTTBT1 trang 318) ta được: = 2,69. W/m.độ v = 16,19./s
Pr = 0,7 = = = 6,9. 2.= 4,6.
( Tra hệ số C,n từ bảng : Vì chế độ chuyển động là chảy rối nên C= 0.135; n=1/3)
= 0,135= 224,51 = = = 3,35 W/K
= (-) =3,35.( 37,15 – 27,2) = 33,33 W/
- So sánh sai số của dòng nhiệt : .100% = 6,27% Vì sai số của dòng nhiệt không quá 10%. Do đó:
- Tổn thất qua 2 tường bên: = = = 1,507 W/K
Tiết diện tường bên:
= = = 17,87 kJ/kgh
- Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và trần : = = = 1,74
Tiết diện trần hầm sấy:
= = = 6,305 kJ/kgh
- Tổn thất qua 2 cửa hầm sấy. Cửa hầm sấy được làm bằng thép có chiều dày = 5mm và hệ số dẫn nhiệt = 0,5 W/K. Do đó:
= = = 2,86 W/
Tiết diện cửa:
Cửa phía TNS vào có độ chên lệch nhiệt độ ( còn nửa đầu kia có độ chênh lệch bằng (. Do đó:
= =
= 2,194 kJ/kgh - Tổn thất qua nền :
Tiết Nhiệt độ trung bình của TNS từ khi đi vào đến khi ra khỏi HTS là .
Tiết diện nền:
Giả sử tường hầm sấy cách tường bao che của phân xưởng là 2m. qntb = 34,866 W/m2 = = 5,541 kJ/kgh - Tổng tổn thất ra môi trường: = + = 17,87+ 6,305 + 2,194 + 5,541 = 31,91 kJ/kgh Tổng tổn thất . - - = 4,18.27,2 – 25,53 – 44,44 – 31,91 = 11,816 kJ/kg ẩm 3.2 Tính toán quá trình sấy thực tế
- Thông số trạng thái TNS sau quá trình sấy thực: = = 0,0183 + = 0,03 (kg ẩm/kgkkk)
= +) = 112,9652 + 11,816.( 0,03 – 0,0183)= 113, 103 Kj/kgkkk = = .100% = 80,7%
3.3. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực - Lượng không khí khô thực tế: - Lượng không khí khô thực tế:
L = = = 36199,05
V =.L = 1,001. 36199,05 = 36235,25 /h
- Kiểm tra tốc độ giả thiết: v = =
3.4 Thiết lập bảng cân bằng nhiệt
- Nhiệt lượng có ích : = 2493 + . = 2569,99
= . = 2569,99 – 4,18.27,2 = 2456,294
- Tổn thất nhiệt do TNS mang đi : . ( ) )
= 36199,05/423,529 .1,036 ( 35- 27,2) = 690,66
- Tổn thất nhiệt theo tính toán = + +
= 2456,294 +690,66 +25,53 +44,44 + 31,91 = 3248,834
- Nhiệt lượng Calorifer cần cung cấp q: )
= ( 112,9652 – 73,8025) = 3347,238 ẩm Sai số = = 2,93%
TT Đại lượng Kí hiệu ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích 2456,29 4 2 Tổn thất do TNS 690,66 3 Tổn thất do VLS 25,53 4 Tổn thất do TBTT 44,44 5 Tổn thất ra môi trường 31,91 6 Tổng nhiệt theo tính toán 3248,83 4 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3347,23 8
8 Sai số tương đối 2,93
- Hiệu suất nhiệt của hầm sấy: