MN: Máy nén, NT: Thiết bị ngưng tụ, TL: Van tiết lưu, BH:thiết bị bay hơi l:Công tiêu tốn cho máy nén; qo: Nhiệt lượng lấy từ môi trường.
qk: Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ. Nguyên lý hoạt động:
Khơng khí bên ngồi mơi trường được quạt hút vào với một lượng gió sau đó qua các con điện trở gió nóng lên. Khi đó khối lượng khí nóng này được dẫn qua lưới đến vật liệu sấy mang theo nước của vật liệu thốt ra. Quy trình có thể tiếp tục đến thời gian nhất định vật liệu sẽ mất gần như sạch nước khi đó ta kết thức q trình sấy vật liệu sẽ mất gần như sạch nước khi đó ta kết thúc quá trình sấy vật liệu hoặc đến độ ẩm ta mong muốn ta dừng lại.
Ưu nhược điểm của máy - Ưu điểm của máy:
+Khay nhỏ, gọn dễ di chuyển nhờ các bánh xe bố trí bên dưới +Thao tác điều chính thơng số dễ dàng , nhanh chóng -Nhược điểm
+Lưu lượng tác nhân sấy phân bố không đồng đều
+Bố trí máy q thấp khó lấy vật liệu và đưa vật liệu sấy vào +Tổn thất nhiệt qua vách
2.6.4. Tính tốn q trình sấy:2.6.4.1. Vật liệu sấy: 2.6.4.1. Vật liệu sấy:
Ở đây ta chọn vật liệu sấy là cây sả chanh, sả chanh là cây thân cỏ thường mọc thành bụi rậm cao khoảng 80 – 150 cm. Thân sả hình trịn được bao bọc bởi các bẹ lá ơm vào nhau gốc màu tím và phần củ phình to ra nổi lên trên mặt đất
Độ ẩm ban đầu của cây sả nằm khoảng 65% sau đó sẽ sấy đến khi độ ẩm đạt khoảng cịn 50% so với ban đầu thì sẽ thích hợp.
Độ ẩm đầu: W1=65% Độ ẩm cuối: W2=50%
Chọn một mẻ sấy khoảng 250kg ( đầu vào khoảng 1 tấn chia làm 4 mẻ sấy) Thì khối lượng sả héo sau khi sấy là :
G1 = G2 .(100−w
2) = G 2 . (100−50)= 250 kg/mẻ
100−w1100−65
Suy ra: G2=175kg/mẻ
Ta chọn tác nhân sấy là khơng khí với các thông số sau: * Thông số ngồi trời
Theo tài liệu, thơng số trung bình trong năm của khơng khí tại Tp. Hồ Chí Minh:
- Nhiệt độ trung bình: T = 32 0C. - Độ ẩm trung bình : φ0 = 73 %.
* Thơng số khơng khí trước khi vào thiết bị sấy
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra thiết bị sấy:t = 450C. Tốc độ gió là 3,5 ¿ 4 m/s. Ta chọn ω= 3,7 m/s.
* Thơng số khơng khí sau thiết bi sấy:
Thơng số khơng khí sau thiết bị sấy phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của khơng khí để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy.
Từ điểm có Tk= 32 0C và φ0 = 73 % dựa vào đồ thị I-d ta dóng theo đường d = const ta có ts = 27.5 0C.
Nhiệt độ tác nhân sấy sau thiết bị sấy được chọn sao cho nó phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương. Ta chọn t3 = 40 0C.
* Thơng số khơng khí sau dàn lạnh - Nhiệt độ: chọn t1 = 10 0C.
53
- Độ ẩm tương đối:
Quá trình làm lạnh trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái bão hịa nên nhiệt độ khơng khí sau dàn lạnh có thể lấy φ1 = 100%.
* Thời gian sấy: chọn t = 0.5h
2.6.4.2. Tính tốn kích thước buồng sấy
Năng suất buồng sấy: Gb= G1 Thể tích buồng sấy: V h= ρ G .bk , m3. m V Hình 2.19. Khung = 250 kg/mẻ.
Trong đó: + ρm: Khối lượng riêng của vật liệu sấy, của sả khi thái lát dài ~ 1 cm là : 350 kg/m3)
+ KV : Hệ số điền đầy. Kv = (0,4 ¿ 0,5). Ta chọn KV = 0,4. Thay vào ta tính được V h = 1,785 m3.
- Thể tích tồn bộ buồng sấy:
V = Vh + ∆V, m3.
Trong đó: ∆V - Thể tích của các khảng trống của kênh gió và các khơng gian đặt quạt và các thiết bị sấy, m3. Δ V= (30 ¿ 40%)V.
Ta chọn ∆V = 0,4.V = 0,4.1,785 = 0,714 m3. Vậy thể tích buồng sấy là: V = 2,5 m3.
54
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Với V đã tính tốn được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài ¿ Rộng ¿
Cao là:
L ¿ B ¿ H = 1,5 ¿ 1,2 ¿ 1,33 m3.
2.6.4.3. Đồ thị I-d
Hình 2.20. Đồ thị I-dĐiểm 0: Trạng thái khơng khí ngồi trời. Điểm 0: Trạng thái khơng khí ngồi trời.
Điểm 1: Trạng thái khơng khí sau dàn lạnh. Điểm 2: Trạng thái khơng khí sau dàn nóng. Điểm 3: Trạng thái khơng khí sau thiết bị sấy. Điểm 4: Trạng thái khơng khí trong dàn lạnh.
1-2: Q trình gia nhiệt đẳng dung ẩm trong dàn nóng. 2-3: Q trình sấy đẳng Entanpi trong thiết bị sấy.
3-4-1: Q trình làm lạnh khơng khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh.
2.6.4.4. Tính tốn q trình sấy
a) Các thông số tại các điểm nút 1) Điểm 0:
- Nhiệt độ: t0 = 32 0C.
- Độ ẩm tương đối: φ0= 73%.
- Phân áp suất bão hoà của hơi nước: Theo cơng thức dạng Antoine ta có:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com = exp (12 - 4026.42
¿ = 0,0472 bar 235.5+32
- Dung ẩm của khơng khí:
d0 = 0,621. φ0 . Pbo
B−φ0 . Pbo
Trong đó:
B: áp suất khí trời. Lấy B = 745
750 = 0,993 bar. Thay vào cơng thức ta tính được d0 = 0,022 kg/kgkkk. - Entanpi của khơng khí ngồi trời:
I0 = 1,004.t0 + d0(2500 + 1,842.t0) = 1,004.30 + 0,022.(2500 + 1,842.32) = 86,41 kJ/kgkkk. (3.2) (3.3) 2) Điểm 1: - Nhiệt độ : t1 = 10 0C. - Độ ẩm tương đối : ϕ 1 = 100%. - Phân áp suất bão hoà:
Với t1 = 10 0C, thay vào công thức (3.1) - Dung ẩm của khơng khí:
Thay t1, φ1 vào cơng thức (3.2) ta có:
d1 = 0,621. 1.0,0123 0,993−1.0,0123
ta có pb1= 0,0123bar.
= 0,00779 kg/kgkkk. - Entanpi:
Thay các thông số của điểm 1 vào cơng thức ta có: I1 = 1,004.10 + 0,00779.(2500 + 1,842.10) = 29,66 kJ/kgkkk.
3) Điểm 2: - Nhiệt độ: t2 = 45℃.
- Dung ẩm: Do quá trình sấy là quá trình đẳng dung ẩm nên ta có: d2 = d1 = 0,00779 kg/kgkkk.
- Phân áp suất bão hoà:
Với t2 = 45 0C, thay vào cơng thức ta tính được Pb2 = 0,095 bar. 56
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Độ ẩm tương đối: - Entanpi: φ2= B . d2 0,993.0,00779 = (0,621+0,00779) .0,095 = 0,129 = 12,9 %. I2 = 1,004.t2 + d kJ/kgkkk. 4) Điểm 3: - Nhiệt độ: t3 = 40 - Entanpi: I3 = I
- Phân áp suất bão hoà:
Với t3 = 40 0C , thay vào cơng thức (3.1) ta có Pb3 = 0,0732 bar. - Dung ẩm:
d3 = - Độ ẩm tương đối:
Thay d3 và Pb3 vào cơng thức (3.4) ta có:
φ3 =
5) Điểm 4
- Độ ẩm: φ4 = 100%.
- Dung ẩm: d4 = d3 = 0,00977 kg/kgkkk. - Phân áp suất bão hoà: Pb4 =
0,933.0,00977 = (0,621+0,00977).100 = 2.10-4 bar. - Nhiệt độ: - Entanpi: Thay các giá
trị t4,d4 vào cơng thức (3.3) ta có: 57
I4 = 1,004.39,25 + 0,00977(2500 + 1,842.39,25) = 64,54 kJ/kgKKK b) Tính tốn nhiệt
* Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy: W = G1 ω1−ω2
= 250 65−50
=75 kg/mẻ.
100−ω2 100−50
* Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ: Wh = w
τ= 7515 = 5 kg/h
* Lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm:
llt =
* Lưu lượng khơng khí khơ tuần hồn trong q trình sấy Llt = W.l = 75.50,5 = 3787,5 kgkkk/mẻ
* Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho q trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm: qlt =
I2−I1 d3−d2
*Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ: Qlt = W.qlt = 75.18000 = 1350000 kJ * Lượng ẩm ngưng tụ:
Δ dlt = d3 –d2 = 0,00977 – 0,00779 = 0,00198 kga. * Lượng nhiệt thu được từ ngưng tụ 1kg ẩm:
qll lt = llt.(I3 – I1) = 50,5.(65,3-29,66) = 1799,82 J/kga. * Lượng nhiệt dàn lạnh thu được:
Qll lt = W.qll lt = 75.1799,82 = 134986,5 kJ
2.6.5. Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế
Hình 2.21. Cân bằng nhiệtPhương trình cân bằng nhiệt: Phương trình cân bằng nhiệt:
Q + Qbs + WCntm1 + G2Cmtm1 + LI1 + Gvc.Cvctm1 = G2Cmtm2 + Q5 + LI3’ + Gvc.Cvc.tm2
Q + Qbs = L(I3’ – I1) + G2Cm(tm2 – tm1) + Q5 – WCn.tm1 + Gvc.Cvc.(tm2 – tm1) Q + Qbs = Q2 + Qm + Q5 + Q1 + Qvc (*)
Trong đó :
+ Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy. + Qbs - Nhiệt lượng bổ sung.
Do khơng dùng thiết bị gia nhiệt cho khơng khí sau dàn nóng nên Qbs = 0. + Q1 = - WCntm1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào.
+ G2Cm.(tm2 – tm1) = Qm - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra. + Q5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che.
+ Gvc.Cvc.(tm2 – tm1) = Qvc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển. + Q2 = L(I3’ – I1) - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy.
Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Qbs ta có:
q = q1 + q2 + qvc + q5 + qm Mà q = l(I2 - I1) hay l(I2 – I1) = l(I3’ – I1) + qv +q5 – Cntm1
Hay
Đặt Cntm1-(qv + q5 + qm) = - Tổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm. Suy ra l(I3’ – I2) = hay I3’ = I2 + /l
Tính Δ :
* Tổn thất nhiệt ra môi trường q5 Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: Nhiệt độ bên trong buồng sấy:
Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dàyδ=¿ 50 mm. Tra bảng phụ lục [2], ta có hệ số dẫn nhiệt = 39 W/mK
Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo cơng thức Q5 = K.F. t , W Trong đó:
+ F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m2
Buồng sấy là hình hộp có các thơng số: L ¿ B ¿ H = 1,5 ¿ 1,2 ¿ 1,33, m3. Ta tính tổng diện tích xung quanh của buồng sấy:
F = 2(L.B + L.H + B.H)
= 2(1,5.1,2 + 1,5.1,33 + 1,2.1,33) = 10,782m2 + t - Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng sấy , 0C
t = tf2 - tf1 = 42,5 – 30 = 12,5 0C + K - Hệ số truyền nhiệt , W/m2K K = (α1 1+δ λ +α12)−1
Với: 1, 2 - hệ số toả nhiệt từ tác nhân sấy đến vách trong buồng sấy và hệ số toả nhiệt từ vách ngồi tới khơng khí bên ngồi.
Để xác định 1, 2 ta dùng phương pháp lặp. + Giả thiết cho tw1 = 43,5 0
C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân bằng nhiệt :
q = 1(tf1 -tw1) = δλ
(tw1-tw2) = 2(tw2 - tf2)
Với tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy đã chọn ω= 3,5 m/s. ta có: 60
Hệ số toả nhiệt 1 được xác định theo công thức sau:
1 = 6,15 + 4,17. ω = 6,15 + 4,17.3,7 = 21,579 W/m2K Vậy mật độ dòng nhiệt truyền qua
q = 1(t2 -tw1) = 21,579(45 – 43,5 ) = 32,36 W/m2 Nhiệt độ vách ngoài tường được xác định theo công thức:
tw2 = tw1- q. δ λ = 43,5 – 32,36. 0 39.05 = 43,45 0 C Nhiệt độ định tính: tm = t w 2 +t 0 = 43,45+30 = 36,725 0C 2 2
Tra bảng thơng số khơng khí với tm = 36,725 0C = 309,8750K tại bảng phụ lục [2], ta có các thơng số sau: = 2,665.10-2 W/m2K; v = 16,345.10-6 m2/s; Pr = 0,7. Ta có Gr.Pr = 0,7.1,743.109 =1,22.109 thuộc khoảng (2.107 – 1.1013) Theo bảng 3.1 trang 34/[2] ta có C = 0,135, n = 0,333 Cơng thức tính Nusselt: Nu = C.(G r . P r )n 1= 0,135.(1,22.109)0,333 = 144,25 Hệ số toả nhiệt 2 =
Vậy, hệ số truyền nhiệt:
Hay K = (
Nhiệt tổn thất ra môi trường trong 1giây là
Q5 = 3,7. 10,782. 12,5 = 498,66 J/s. Nhiệt tổn thất ra mơi trường trong q trình sấy:
Q5 = 498,66.16.3600 = 28722816 J = 28722,8 kJ
61
Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt.
th=t0 +∆ th
Với môi chất R22, ta chọn th= 0 + 25 = 25 0C *Thiết kế dàn ngưng
Chọn loại dàn ngưng
Ta chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng khơng khí đối lưu cưỡng bức. Cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng thép hoặc ống đồng có cánh nhơm hoặc sắt bên ngồi, bước cánh nằm trong khoảng 5-15 mm. Do môi chất là Freon R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng
Các thông số cho trước
+ Công suất của dàn ngưng: Pk = 15 kW/h + Nhiệt độ khơng khí vào dàn: tkk’ = t1 = 10 0C + Nhiệt độ khơng khí ra khỏi dàn: tkk” = t2 = 45 0C + Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = 55 0C * Thiết kế dàn bay hơi:
Dàn bay hơi ở đây có tác dụng làm lạnh khơng khí nên ta chọn loại dàn bay hơi làm lạnh khơng khí đối lưu cưỡng bức.
2. Thơng số cho trước + Cơng suất dàn:
+ Nhiệt độ khơng khí vào dàn bay hơi: + Nhiệt độ khơng khí ra khỏi dàn:
+ Nhiệt độ bay hơi của môi chất trong dàn:
2.6.6. Thiết bị hồi nhiệt
* Cơng dụng
Thiết bị hồi nhiệt có tác dụng quá nhiệt hơi hút về máy nén để tránh hiện tượng thuỷ kích và quá lạnh lỏng cao áp trước khi qua tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do van tiết lưu.
* Nguyên lý
62
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Lỏng cao áp chảy bên trong ống xoắn trao đổi nhiệt với hơi hạ áp chảy bên ngoài ống làm cho hơi hạ áp từ hơi bão hoà trở thành hơi quá nhiệt. Lỏng cao áp nhả nhiệt cho hơi hạ áp và được quá lạnh một phần. Ống trụ kín 2 đầu có nhiệm vụ hướng cho dịng hơi đi qua ống xoắn và làm tăng tốc độ dòng hơi để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt. Bình hồi nhiệt được bọc cách nhiệt.
* Thông số thiết kế
- Công suất thiết bị hồi nhiệt: Qhn = 3,27kW. - Nhiệt độ lỏng môi chất vào: tl’ = t3 = 50 0C. - Nhiệt độ lỏng môi chất ra: tl” = t3’ = 36 0C. - Nhiệt độ hơi môi chất vào: th’ = t1 = 0 0C. - Nhiệt độ hơi môi chất ra : th” = t1’ = 25 0C.
Theo kích thước tiêu chuẩn của đường ống ta chọn d1 = 15 mm. Khi đó, đường kính ngồi là: d2 = 17 mm.
2.6.7. Chọn quạt
Theo cơng thức ta có năng suất của quạt N là:
N = k Trong đó:
ρ0=1,293 kg/m3
ρ - khối lượng riêng của khơng khí ở nhiệt độ trung bình TNS, kg/m3
ρ = 1,147 kg/m3 Lưu lượng khơng khí
Thay số:
Từ năng suất quạt N, lưu lượng V và cột áp ∆ P . Đặc tính kỹ thuật của một vài loại quạt ta chọn quạt HV 45/525 với các thông số như sau: Năng suất quạt: V = 840 m3/h Cột áp của quạt: ∆ P = 500mmH2O Công suất động: N = 1,5 kW Số vịng quay: n = 3000 Vg/ph 2.7. MÁY HẤP Hình 2.22. Sơ đồ máy hấp
1.Nồi hấp 5.Thùng chứa tinh dầu thô
2.Ống dẫn 6.Ống dẫn nước hồi
3.Thiết bị ngưng tụ 7. Bể chứa nước
4.Ống dẫn nước làm mát 8. Máy bơm
2.7.1. Phương pháp chưng cất2.7.1.1. Nguyên tắc phương pháp 2.7.1.1. Nguyên tắc phương pháp
Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán, thẩm thấu, hịa tan và lơi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô thực vật (hoa, lá, vỏ quả, hạt, thân, cành, rễ,...) khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao.
Điều quan trọng là tính chất giảm nhiệt độ sơi của hỗn hợp các cấu tử khơng hịa tan vào nhau. Chính điều này làm cho phương pháp chưng cất trở nên có ý nghĩa.
2.7.1.2. Cơ sở lí thuyết
64
a. Sự khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan
Ngay khi nguyên liệu được cắt đoạn nhỏ rồi đưa vào chưng cất thì chỉ có một số mơ chứa tinh dầu là bị vỡ và cho tinh dầu thốt tự do ra ngồi theo hơi nước lôi cuốn đi.
Phần lớn tinh dầu cịn lại trong các mơ thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hịa tan và thẩm thấu. Ta có thể mơ tả q trình này như sau: “Ở nhiệt độ nước sơi, một phần tinh dầu hịa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực