Tính toán cho quá trình sấy thực tế

5.1 Tính toán nhiệt cho quá trình sấy sơ bộ tôm khô sống

5.1.2 Tính toán cho quá trình sấy thực tế

5.1.2.1 Xác định kích thước của thiết bị sấy Xác định kích thước của khay sấy

Sử dụng khay lưới được làm từ thép không gỉ, chiều dày 1mm kích thước của khay sấy là 800×600×20 mm (L×R×H), tạo gờ mép ngoài 20mm.

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 35

Khối lượng của khay sấy khoảng 1,5 kg.

Diện tích cho phép chất tải lên là:

0,76×0,56= 0,43 m2

Với diện tích cho phép chất tải lên là 0,43 m2 lượng tôm có thể chất lên mỗi khay khoảng 4 kg.

Xác định kích thước của xe goòng

Xe goòng được chế tạo từ thép không gỉ, các thanh rỗng có chiều dày 1 mm có tiết diện 30×30 mm được hàn lại với nhau. Trên xe chia làm 7 tầng, mỗi tầng đặt 2 khay và có thanh ngang ngăn giữa 2 khay của mỗi tầng, kích thước thanh 30×30. Như vật trên mỗi xe đặt được 14 khay, khoảng cách tầng khay trên và tầng khay dưới đặt cách nhau 120mm để đảm bảo lưu thông tác nhân sấy (không khí nóng) được dễ dàng, dưới các chân của xe có bố trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy, bánh xe có đường kính 120mm. Khoảng cách từ tầng dưới cùng đến khung xe là 120mm, khoảng cách từ mặt đất đến khung xe là 160 mm.

Chiều dài, rộng vào cao của xe goòng được tính phù hợp với khay và khoảng cách đặt khay.

Chiều dài của xe: Lxe= 600×2+3×30= 1290 mm.

Chiều rộng của xe: Bxe= 800+2×30= 860 mm.

Chiều cao của xe: Hxe= 120×7+ 160= 1000 mm.

Với kết cấu như vậy thì khối lượng xe goòng khoảng 45kg.

Trên mỗi xe goòng đặt 14 khay sấy, mỗi khay chứa được 4 kg. Do đó khối lượng vật liệu sấy trên mỗi xe là 56 kg. Thời gian sấy là 1 giờ. Do đó số xe goòng cần thiết là:

n= (G1×𝜏)/Gxe=

4 14

1 01 , 1103



 =19,70 xe. Chọn số xe là 20 xe.

Xác định kích thước hầm sấy

Hầm sấy được xây dựng theo kích thước của xe goòng đảm bảo thuận lợi cho việc di chuyển của các xe goòng thuận tiện cho việc đẩy xe vào cũng như kéo xe ra khỏi hầm sấy. Hầm sấy được xây dựng theo các kích thước như sau.

Chiều rộng của hầm sấy phụ thuộc vào chiều dài của xe. Lấy dư ra hai mép phía bên trái và bên phải của xe là 50mm để xe di chuyển dọc theo hầm được dễ dàng

Bh= Bx+ 2×50= 1290+2×50= 1390 mm.

Chiều cao của hầm phụ thuộc chiều cao của xe goòng. Lấy dư ra phía mép phía trên của xe là 50mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng:

Hh= Hx + 1×50= 1000+ 1×50= 1050 mm.

Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều rộng và số lượng xe goòng làm việc trong hầm. Số lượng xe goòng cần thiết là 20 xe, ta chia làm 2 hầm do đó mỗi hầm có 10 xe

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 36

goòng làm việc. Ta lấy dư ra phía cửa vào và ra mỗi phía là 1000mm để giúp cho việc đẩy xe goòng cũng như đẩy xe goòng ra khỏi hầm được thuận lợi:

Lh= n×Lx+ 2×1000= 10×860+2×1000= 10600mm.

Hai hầm được xây bằng gạch đỏ có chiều dày δ1= 250m. Trần hầm sấy làm bằng bê tông cốt thép nhẹ có chiều dày δ2= 70mm và được cách nhiệt δ3= 150mm. Như vậy hầm sấy có kích thước phủ bì là:

Chiều dài hầm: L∑= 10600 mm

Chiều rộng : B∑= 2×Bh + 3×𝛿1= 2×1390 + 3×250=3530 mm Chiều cao : H∑= Hh+ 𝛿2 +𝛿3 = 1050+70+150 = 1270 mm 5.1.2.2 Tính toán nhiệt lượng vào máy sấy:

Nhiệt lượng tác nhân sấy mang vào:

Q1= L0×(I1−I0) = 47272,14×(92,26−44,30)= 2267171,83 (kJ/h) Trong trường hợp này không bổ sung nhiệt do đó: QBS= 0

Nhiệt do vật liệu sấy mang vào:

QVL1 = GVL1 × CVL1 × tVL1

Với:

tVL1 = 18ºC

GVL1 = 1103,01 (kg/h)

CVL1 là nhiệt dung riêng của vật liệu.

CVL1= ( )

100

100 w1 C w1

CCK  − + n [4, tr.20]

Trong đó:

CCK, Cn: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy và nước.

CCK = 3,48 (kJ/kg.độ) = 0,83 (kcal/kg.độ).

Cn= 1 (kcal/kg.độ)

W1 là độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy khi đưa vào máy sấy w1 = 78%.

Do đó: CVL1 =

100

78 1 ) 78 100 ( 83 ,

0  − +  = 0,96 (kcal/kg.độ)= 4,03 (kJ/kg.độ) Vậy nhiệt do vật liệu sấy mang vào là:

QVL1 = GVL1 × CVL1 × tVL1= 1103,01×4,03×18= 80012,35 (kJ/h) Nhiệt do ẩm từ vật liệu sấy mang vào:

Qal= W×Ca×tVL1

Trong đó:

W là lượng ẩm trong vật liệu sấy, W= 661,81 (kg/h) tVL1= 18ºC

Ca là nhiệt dung riêng của ẩm, Ca= 4,1868 (kJ/kg.độ)

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 37

Vậy nhiệt do ẩm từ vật liệu sấy mang vào là:

Qal= W×Ca×tv1 = 661,81×4,1868×18= 49875,59 (kJ/h) Nhiệt do thiết bị vận chuyển mang vào:

QVC1 = Gx ×Cx × tVC1+ Gk ×Ck × tVC1

Theo tính toán ở phía trên số xe goòng cần thiết là 20 xe. Khối lượng xe là 45 kg và nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe Cx= 0,5 kJ/Kg.K. Khay sấy có khối lượng là 1,5 kg và có Ck= 0,82 kJ/kgK.

QVCL=20×45×0,5×18+ 20×14×1,5×0,82×18= 14299,2 (kJ/h) Tổng nhiệt lượng vào:

∑Qv= Q1 + QVL1 + Qal +QVC

= 2267171,83+80012,35+ 49875,59+14299,2= 2411358,97 (kJ/h) 5.1.2.3 Tính toán nhiệt lượng cần bổ sung cho máy sấy

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:

Q2= L0 ×(I2 – I0)

Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che bằng 5% so với lượng nhiệt mà calorife cung cấp trong quá trình sấy.

Nhiệt lượng do thiết bị vận chuyển mang ra:

QVC2 = Gx×Cx× tVC2 + Gk×Ck×tVC2

Với: tVC2= 30ºC

Nhiệt do vật liệu sấy mang ra:

QVL2 = G2 × CVL2 ×tVL2

Với tVL2= 25ºC

Cân bằng nhiệt lượng vào và ra của hệ thống máy sấy ta có:

QV = QR

 L0×(I1−I0) + (Gx×Cx + Gk×Ck )×tVC1 + G2×CVL1×tVL1 +W×Ca×tVL1 = L0×(I2 − I0) + QBC + (Gx×Cx + Gk×Ck )×tVC2 + G2×CVL2×tVL2

Với G2= G1 – W và xem gần đúng CVL2= CVL1

Gọi Q là nhiệt lượng riêng tiêu hao trong quá trình sấy thực, ta có:

Q = L0×(I1 − I0) = L0×(I2 − I0) + QBC + (GX×CX + GK×CK)×(tVC2 − tVC1) + G2 ×CVL×(tVL2 −tVL1) – W×Ca×tv1

Đặt:

QVC = (GX + GK)×CT×(tVC2 −tVC1) là tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển mang đi.

QVL = G2×CVL2×(tVL2 − tVL1) là tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.

Nên:

Q = L0×(I1 − I0) = L0×(I2 − I0) + QBC + QVC + QVL −W×Ca×tv1

Tính cho 1 kg ẩm bốc hơi, có:

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 38

( − )= ( − )+ + + −

= 

W Q W Q W Q W

I I L W

I I L W

Q 0 1 0 0 2 0 BC VC VL Ca×tv1

 q = l×(I0 ×I1)= l× (I2 × I0) + qBC + qVC + qVL−Ca×tv1

Trong đó:

qVC =

W QVC =

81 , 661

) 18 30 ( )) 82 , 0 5 , 1 14 20 ( ) 5 , 0 45 20

((   +     −

=14,40(kJ/kg) qBC =

W QBC =

81 , 661

83 , 2267171 05

,

0 

= 171,29 (kJ/h) qVL =

W QVL

= 661,81

) 18 25 ( 03 , 4 81 ,

661   −

= 28,21 (kJ/h)

Gọi ∆ là lượng nhiệt cần bổ sung thực tế cho máy sấy. Đây cũng chính là tổng tổn thất quá trình sấy, có:

 = Ca × tVL1 – qBC – qVC − qVL

= 4,1868×18 −171,29 – 14,40– 28,21 = −138,54 (kJ/h) 5.1.2.4 Xác định các thông số của tác nhân sấy sau sấy thực

Hàm ẩm của không khí:

x2’ = x0 + ( ) ( )

( +  −2)−

2 1 0

2493 C t t t x C

pa

dx [4, tr.138]

Trong đó:

Cdx(x0): nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(x0) = Cpk + Cpa × x0

Với:

Cpk là nhiệt dung riêng của không khí, Cpk = 1 (kJ/kg.K) Cpa là nhiệt dung riêng của nứơc, Cpa = 1,97(kJ/kg.K) Cdx(x0) = 1 + 1,97 × 0,0104 = 1,02 (kJ/kg.K)

x2’= 0,0104 +

54 , 138 30 97 , 1 2493

) 30 65 ( 02 , 1

+

 +

−

 = 0,0237 (kg ẩm/ kg kkk)

Entanpi I’2:

I’2 = Ck×t2 + (r0 +Ch × t2)×x’2 (kJ/kg kkk)

= 1×30+(2493+1,97×30)×0,0237= 90,48 (kJ/kg kkk) Độ ẩm tương đối của không khí:

φ’2 = ( +x )Pbh 

P x

2 2

622 ,

0 100%

= 100

73 , 4247 )

0251 , 0 622 , 0 (

101325 0237

,

0 

 +

 %= 87,36%

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 39

Trong đó Pbh là áp suất hơi nước bão hòa ở 30ºC.Với độ ẩm 87,36% thỏa mãn điều kiện độ ẩm trong khoảng [90±5%] để vừa tiết kiệm nhiệt lượng cho tác nhân sấy mang đi vừa đảm bảo không xẩy ra hiện tượng đọng sương.

5.1.2.5 Lượng tác nhân sấy thực tế sử dụng

Lượng không khí tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm:

l’ = =

− 1

2, 1

x

x 0,0237 0,0104 1

− = 75,19 (kg kkk/ kg ẩm) Lượng không khí tiêu hao tổng:

L’= l’ × W = 75,19×661,81= 49761,49 (kg kkk/h) 5.1.2.6 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế

Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm:

q’= l’×(I’2 –I0)= 75,19×(90,48 – 44,30)= 3472,27 (kJ/h) Tổng lượng nhiệt cần thiết cho quá trình bốc ẩm:

Q’= q’×W= 3472,27×661,81= 2297983,01(kJ/h) 5.1.2.7 Nhiệt lượng vào và ra của quá trình sấy thực tế

Nhiệt lượng vào của quá trình sấy thực tế:

Nhiệt lượng không khí mang vào:

Q’1v = L’× I0 =49761,49×44,30 = 2204434,01 (kJ/h) Nhiệt lượng do caloriphe cung cấp:

Q’2v = Q’cal = L’×(I1 – I0) =49761,49×(92,26−44,30)= 2386561,06 (kJ/h) Nhiệt do vật liệu sấy và ẩm từ vật liệu sấy mang vào:

Q‘3v = QVL1 + Qa = 80012,35+49875,59=129887,94 (kJ/h) Nhiệt lượng do vật liệu vận chuyển mang vào:

Q’4v= QVC1= 14299,2 (kJ/h) Tổng nhiệt lượng vào:

Q‘V= Q’1v+Q’2v+Q‘3v + Q‘4v(

= 2204434,01 +2386561,06 +129887,94 +14299,2 =4735182,21(kJ/h) Nhiệt lượng ra của quá trình sấy thực tế:

Nhiệt lượng không khí mang ra:

Q’1r = L’ × I‘2 =49761,49×90,48= 4502419,62 (kJ/h) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra:

Q’2r = G2×CVL2×tVL2 = 441,20×4,03×25= 44450,9 (kJ/h) Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường:

Q’3r = 0,05× Q‘1v =0,05×2267171,83= 113358,59 (kJ/h) Nhiệt lượng do vật liệu vận chuyển mang ra:

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 40

Q’4r = Gx×Cx×tVC2 + Gk×Ck×tVC2

= 20×45×0,5×30+20×14×1,5×0,82×30=23832,00 (kJ/h) Tổng nhiệt lượng ra:

Q‘r = Q’1r + Q’2r + Q’3r + Q’4r

= 4502419,62 +44450,9 +113358,59 +23832,00= 468061,11(kJ/h) 5.1.2.8 Sai số

Trên lý thuyết thì Qv= Qr. Nhưng trong thực tế tính toán có sai số. Nếu sai số nằm trong giới hạn cho phép thì chúng ta vẫn có thể chấp nhận được.

' ' '

v r v

Q Q Q= Q −

 =

21 , 473182

11 , 468061 21

, 4735182 −

=1,08%

Vì ∆Q = 1,08% <5% nằm trong sai số cho phép nên kết quả trên có thể chấp nhận được.