Tổn thất nhiệt qua tường và cửa: Qxq1 = kxq1Fxq( tf1 – tf2) [trang 73,[1]] Trong đó: kxq1 : hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy qua tường bao xung quanh và cửa
Fxq : diện tích tường bao và cửa
Tf1 : nhiệt độ trung bình của khí trong buồng Tf2 : nhiệt độ không khí bên ngoài
kxq = Trong đó:
tf1: nhiệt độ trung bình của khí trong buồng tf2:nhiệt độ không khí bên ngoài
K: hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy qua tường bao xung quanh và cửa
: hệ số dẫn của tường buồng sấy và các lớp cách nhiệt.
V0 = [2.5,trang 47,[3]] = = 9432,29 (m3/h) = 2,62 m/s
Do lưu lượng thể tích quá trình sấy thực > quá trình sấy lý thuyết (V> V0) Do đó ta giả sử quá trình sấy thực là 3m/s.
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và tường buồng sấy thực :
Khi v < 5 m/s => ta có α11 = 6.15 + 4.18v W/m2K. [6.7,trang 73,[3]] Vậy α1 = 6.15 + 4.18 × 3 = 18,69 W/m2K.
Muốn xác định α2 cần biết nhiệt độ bề mặt tường tw1. Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại.
Giả sử tw1= 57,40C (nhiệt độ vách trong tường)
‒ Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và mặt trong tường = (-) [công thức 9.13, trang 192,[2]]
q1 =18,69 (59-57,4) = 29,904 (W/m2)
tw2 = tw1 - [Công thức 9,13, trang 192, [3]] = 57,4 - = 34,972 >t0 (270C)
‒ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài tường buồng với môi trường: = 1,715 (tw2-tf2)1/3
= 1,715 (34,972 -27)1/3
= 3,43 (W/m2.k)
‒ Mật độ dòng nhiệt phía không khí đối lưu tự nhiên
q2 = ( tw2-tf2) [Công thức 9.15, trang 192,[3]] = 3,43 (34,9727-27) = 27,312 W/m2
Nhiệt độ chênh lệch giữa mặt ngoài tường với mặt trong của tường = tw2 - tf2= 34,972 – 27 = 7,972
Kiểm tra sai số: = 9%<10%
=> chấp nhận giả thiết tw1 = 57,40C là hợp lý [trang 192, [3]]
Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và tường bên
Kxq = = 0,467 W/m2K
Qxq = k.F.(tf1-tf2)= 0,467× 31,56 (59– 27)= 471,63 W
Hệ số truyền nhiệt của khí trong buồng qua trần là:
ktr = trong đó α2tr = 1.3α2
Vậy ta có: ktr = = 0,48 w/m2K
Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là:
Qtr = ktrFtr( tf1 – tf2) = 0,48× 8,68 ( 59 – 27) =133,2 W.
Nhiệt truyền qua nền buồng sấy là: QN1 = qNFN
Giả sử cách nền 1m:
Theo tài liệu qN = 47,35 W/m2. [nội suy từ bảng 6.1,trang 75,[1]] Vậy ta có: QN = 47,35 × 8,68 = 410,99W.
Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường:
Qmt = Qxq + Qtr + QN = 471,63 +133,2+410,99 = 1015,82 W= 3656,952 (kJ/h) qmt= = = 22,73 kJ/kg ẩm
Từ đó ta xác định được:
∆1 = Cntf2 – ( qmt + qvl + qtn) = 4.18 × 27– (130,78+654,78+22,73) = - 695,43 kJ/kg ẩm <0
d2 = [trang 62,[1]] = 0,018+ = 0,031 kJ ẩm/ kg kkk
= Cpk +Cpa d1 [7.10,trang 130,[2]
- Entapi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
I2 = I1+(d2-d1)
= 127,97+(- 695,43)(0,031-0,018) = 118,93 kJ/kgkkk i2: entalpy mol của 1 kg hơi nước
i2 = 2500 + 1,842t2
= 2500 + 1,842x38 = 2569.996kJ/kg.
- Hàm ẩm của không khí ra khỏi thiết bị sấy :
[6.14,trang 74,[1]] == 0,72 = 72%
2.5.2. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực
Lượng không khí khô thực tế:
L= == 37135,38 (kg/ mẻ) = 12378,46 (kgkkk/h) Q= L(I1-I0)=12378,46(127,97-73)=680444,03 (kJ/h)
Vth= == 12335,29 m3 = 3,43 m/s
Nhiệt lượng có ích để bóc hơi ẩm :
q1 = i2 – Ca.tvl = 2569,996– 4,18 x 38= 2411,156 kJ/kgh Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2:
q2 = qTNS = Cdx(do)(t2–to) = . 1,037. (38 – 27) = 877,46 kJ/kg.h Nhiệt lượng theo tính toán
q'
= 22,73 + 2411,156 + 130,78 + 654,78 + 877,46 = 4106,906 (kJ/kg ẩm)
‒ Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp:
ẩm)
Tính sai số
Hiệu suất buồng sấy :
CHƯƠNG 3. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 3.1. Tính chọn calorife
3.1.1. Công suất chọn của Calorife
Với công suất nhiệt buồng sấy
Q cal = [ trang 137,[3]] Với Q = 680443,78 là nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS hiệu suất nhiệt của calorife =0,95
Q cal = = 198,96 KW
3.1.2. Tính tiêu hao hơi của calorife
Giả sử chọn là hơi có áp suất bão hòa là 5 bar
ih là entapy của hơi vào calorife => ih = i’’= 2749 Kj/kg i là entapy của nước bão hòa i’= 640 kj/kg
D = kg/s [trang 127,[3]] = = 0,094 kg/s = 399,89 kg/h
3.1.3. Xác định bề mặt truyền nhiệt calorife.
Chọn kết cấu calorifer với các đặc trưng:
- Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s1 = 80 mm, s2 = 45 mm. - Ống làm bằng thép có d2/d1 = 24/22 mm với λô = 45 W/mK.
- Cánh làm bằng đồng có: đường kính dc = 40 mm, chiều dày δc = 0,5 mm và bước cánh t = 3 mm, λc = 110 W/mK.
- Chiều dài ống l = 1200 mm. Tính độ chênh nhiệt độ
∆ttb = = = 96oC
Chiều cao của cánh: h = = = 8 mm
Kích thước xác định: dxd =
Trong đó: Fl – diện tích phần ống không làm cánh; Fl
c – diện tích các cánh trên một ống. Do đó: Fl o = d2tnc = . 0,024 .0,003 . 343 = 0,078 m2 Fl c = 2-nc = 2.( – ).343 = 0,55 m2 dxd= = 0,0278 m
Tốc độ cực đại khi không khí chuyển động qua khe hẹp nhất ωmax
ωmax = = = 2,98 m/s
Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng.
Với nhiệt độ trung bình không khí ttb = 0.5(27 +80) = 53,5oC ta tìm được λ = 2,85.10-2W/mK; v = 18,31.10-6m2/s. Khi đó:
Re = = = 4524,5 Nu = 0.251Re0.67[]-0.2[+ 1]-0.2
= 0,251.4524,50,67 = 32,85
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí
- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh αc:
αc = = = 33,67 W/m2K
- Hiệu suất cánh ɳc:
= = 1.67
h’ = h(1+0,35ln) [Công thức 2-123, trang 104, [4] =0,008(1+0,35 ln1,67)= 9,4.
= > ɳc = = = 0,965
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương α2:
α2 = αc( ɳc + ) = 33,67( 0.965 + ) = 32,64W/m2K
Hệ số làm cánh εc:
εc = 1 + [Công thức mục 9, trang 221, [1]] = 1 + = 7.65
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi hơi ngưng trong ống α1
Chọn (tb – tw) = 0,95oC. Ta sẽ kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ này sau khi tính đươc hệ số truyền nhiệt k. Khi đó:
α1 = 0.720 (w/m2k) [Công thức mục 10, trang 221, [1]] = 0.720 = 24981,8 W/m2K
Hệ số truyền nhiệt k
k = [công thức 15.3 trang 218, [1]] = = 245,87 W/m2K
Kiểm tra lại độ chênh (tb – tw)
- Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua calorifer qc:
qc = k∆ttb = 245,87×96 = 23603,52 W/m2
- Kiểm tra độ chênh nhiệt độ đã chọn: về nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt qc phải bằng mật độ dòng nhiệt do hơi ngưng q1. Do đó:
(tb – tw) = = = 0.944 Như vậy, giả thiết (tb – tw) = 0.95oC là chính xác.
Diện tích bề mặt bên trong các ống F1
Lấy hiệu suất calorifer ɳ = 0.75. Khi đó F1 bằng: F1 = = = 11,24m2 Số ống cần thiết n: n = = = 136 Số ống trong một hàng m. Chọn số hàng ống z = 8, khi đó: m = = =17 ống Tổng số ống của calorifer N: N = mz = 17× 8 = 136 ống Kích thước calorifer - Chiều cao: l = 1.2 m - Chiều rộng: a = zs2= 8 × 45×10-3 = 0,36 m - Chiều dài: b = ms1 = 17 × 80×10-3 = 1,36 m. 3.2. Tính quạt
Ta có lưu lượng khí dùng bay hơi 1 kg ẩm
l0 =76,92 (kgkkk/kg ẩm)
Lưu lượng kkk cần bay hơi ẩm trong 1h
L0 = l0 w = 76,92. = 12377,96(kg/h)
Vậy lưu lượng quạt cần dùng là
Trong đó : ∆pc là trở lực qua Calorife
∆po là trở lực qua các đường ống dẫn TNS ∆ps là trở lực qua TBS
∆pd là áp suất động của khí thoát
Calorife ta sử dụng là calorife không khí nên ∆pc = 20 mmH2O Trở lực qua đường ống dẫn TNS:
Ở nhiệt độ trung bình buồng sấy là 700C ta có: (Ns/m2) , v = 20,6* 10-6 (m2/s) ,029 (kg/m3) ∆po= (1+2*ξ2+ξ3+2*ξ4+ξ5)** Trong đó: 1= ξ1’*µ*ƞ : hệ số tổn thất qua ống cong ξ1’= 0,15 => 1= 0,15*20,6*10-6*1 = 3,09*10-6 2= ξ2’*µ*ƞ : hệ số tổn thất qua ống tròn vuông góc ξ2’= 1,1 => 2= 1,1*20,6*10-6*1 = 2,266*10-5 3= 0,5: hệ số tổn thất qua ống gập
4 = ξ4’*ƞ : hệ số tổn thất qua ống tròn và vuông thước thực ξ4’ = 1,6 => 4= 1,6*1 = 1,6 5 = ξ5’*ƞ : hệ số tổn thất qua ống tròn và vuông hình chữ U ξ5’ = 1,9 => 4= 1,9*1 = 1,9 v: vận tốc trong ống Giả sử chọn ống có đường kính D = 600mm Fo= =
v = = = 12,34m/s
∆po= (3,09*10-6+2*2,266*10-5+0,5+2*1,6+1,9)*1,029* = 44,72(mmH2O)
Trở lực qua thiết bị sấy , ta có thể bỏ qua vì không đáng kể
Cột áp động của khí thoát ∆pd= * = 1,029* = 7,99mmH2O Vậy cột áp toàn phần là: ∆p = 20+44,72+7,99= 72,71 mmH2O Cột áp tĩnh : ∆pt = ∆p - ∆pd = 72,71 -7,99 = 64,72 mm H2O Ta chọn quạt hạ áp:
Công suất quạt ∆pd = 7,99 <10 mm H2O
Chọn quạt N5, A= 5760 , ƞq= 55% (trang 231/[ CITATION Trầ08 \l 1033 ])
Số vòng quay của quạt :
n =
Công suất của quạt:
CHƯƠNG 4. TÍNH KINH TẾ 4.1. Xác định chi phí hằng năm cho hệ thống thiết bị sấy
Chi phí hằng năm của thiết bí ấy bao gồm chi phí năng lượng (điện, nhiên liệu,…) khấu hao cho bảo dưỡng sửa chữa thiết bị, tiền lương, thuế.
4.1.1. Chi phí năng lượng
a) Chi phí nhiên liệu
= (đồng/năm) [Công thức trang 102, [3]] Trong đó:
– Chi phí cho nhiên liệu tiêu hao (đồng/đợt sấy) – Tiêu hao nhiên liệu hằng năm
– Gía nhiên liệu (đồng/tấn) Sử dụng nhiên liệu là than cục 5A Giá nhiên liệu = 3,15 triệu đồng/tấn Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
= 7850 kcal/kg = 7850 . 4,816 = 32860,1 kJ/kg Lượng nhiệt cần cung cấp cho buồng sấy trong 1 giờ:
Q = = 520308,3326 kJ/h Lượng nhiệt calorifer cần cung cấp cho buồng sấy mỗi giờ:
= 198,96 kW = 716256 kJ/h Lượng than đá cần tiêu thụ trong 1 giờ:
Thiết bị buồng sấy sử dụng Calorifer khí-khói: Thiết bị làm việc theo chu kỳ 3h
Phụ tải nhiệt cả năm của thiết bị (kJ/năm):
= (kJ/năm) [Công thức trang 103, [3]] Trong đó:
– Tiêu hao nhiệt cho 1 mẻ sấy (kJ/mẻ)
m – Số mẻ trong năm (mẻ/năm), 1 tuần 3 mẻ => 1 năm, m = 156 mẻ – Hiệu suất calorifer khói -khí, = 95%
= 1560924,998 kJ/mẻ
= = 256320315,5(kJ/năm) Tiêu hao nhiên liệu hằng năm
= (tấn/năm) [Công thức trang 102, [3]] = = 7800,35 (kg/năm) = 7,80035(tấn/năm)
Từ đó ta có:
= =7,80035. 3,15 = 24,57(triệu/năm)
b) Chi phí điện năng
Nguồn điện cung cấp 380V/50Hz. Công suất của buồng sấy là: 30kW
Chi phí điện năng:
= . (đồng/h) [Công thức trang 104, [3]] Trong đó:
– giá điện năng (đồng/kWh) =1,785 nghìn đồng/kWh = . = 30. 1,785 = 53,55 (nghìn đồng/h)
4.2. Chi phí tiền lương
Số lượng nhân viên vận hành: 3 ‒ Nhân viên điều khiển máy ‒ Nhân viên điều phối xe goòng
‒ Nhân viên kiểm tra chất lượng sản phẩm Chi phí tiền lương:
= .M (đồng/đợt sấy) [Công thức trang 104, [3]] Trong đó:
– Tiền lương trung bình 50000 đồng/đợt sấy M – Số nhân viên vận hành = 3
Ta có:
4.3. Chi phí thiết bị phụ
Bảng 1 2: bảng tính chi phí thiết bị phụ
Tên bộ phận Giá thành Đơn
vị
Số lượng
Thành tiền
Bộ cửa kéo ra, vào
bằng thép 5.000.000 Cánh 2 10.000.000
Thép CT3 (xe goong)
10.000.000 Chiếc 2 20.000.000
Nhôm (khay sấy) 400.000 Chiếc 50 20.000.000
Quạt thổi ly tâm 5.600.000 Cái 1 5.600.000
Quạt hướng trục (hồi lưu)
9.850.000 Cái 1 9.850.000
Calorife 20.000.000 Cái 1 20.000.000
Đồng hồ báo nhiệt độ tại bộ trao đổi nhiệt
2.000.000 Chiếc 1 2.000.000
Đồng hồ báo nhiệt độ sấy trong buồng
2.000.000 Chiếc 4 8.000.000
Hệ thống báo động
nhiệt độ cao 3.000.000 Chiếc 1 3.000.000
Hệ thống đèn chiếu sáng trong buồng sấy
2.000.000 Bộ 4 8.000.000
CHƯƠNG 5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH 5.1. Sơ đồ nguyên lý
5.2. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý
Không khí bên ngoài được quạt thổi vào thiết bị. Qua calorife và được làm nóng nhờ hơi đốt từ buồng đốt và theo đường ống đi vào buồng sấy.
Sau khi tác nhân sấy tiếp xúc với vật liệu sấy sẽ đi qua ống thải nhờ quạt hút và bụi được thu hồi bằng cyclon.
KẾT LUẬN
Việc thiết kế, tính toán các hệ thống sấy phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu thực nghiệm như các số liệu ẩm độ ban đầu, đường cong giảm ẩm, đường cong tốc độ sấy,… Tuy nhiên, do điều kiện không cho phép nên trong phạm vi đồ án này không thể thực hiện thí nghiệm thực tế trên nguyên liệu ớt . Do đó, các số liệu và phương pháp tính toán trên đây dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác nhau dẫn đến việc không đồng nhất trong tính toán cũng như sai số trong kết quả sau cùng.
Mặc dù hệ thống sấy buồng này được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm nhưng do các sinh viên chưa được tham quan thực tế nhiều nên đa phần các tính toán còn thiên về lý thuyết, đôi chỗ chưa hợp lý và không khoa học. Chúng em mong thầy cô nhận xét và hướng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đồ án môn học này hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TSKH. Trần Văn Phú , Kỹ thuật sấy, NXB Giáo Dục, 2008.
[2] GS.TSKH. Trần Văn Phú , Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo Dục, 2001.
[3] PGS.TS.Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[4] PGS.TS.Bùi Hải – TS.Dương Đức Hồng – TS.Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2001.
[5] Giáo trình kỹ thuật thuật thực phẩm 2.
[6] https://www.dongyvietnam.org/duoc-lieu/qua-ot
[7] https://sites.google.com/site/trangottieu/ot_cay/thanh-phan-dinh-duong-cua-ot- cay