CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT & CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
4.2.2. Thiết bị sấy
Phương trình cân bằng nhiệt được thành lập dựa trên nguyên tắc tổng lượng nhiệt đi vào thiết bị bằng tổng lượng nhiệt đi ra thiết bị đó.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt:
L.I0 + G2.CVL.θ1 + W.θ1.C + GVC.CVC.tD + QS + QB = L.I2 + G2.CVL.θ2 + GVC.CVC.tC + QM
hoặc
QS + QB = L(I2 – I0) + G2.CVL.(θ2 – θ1) + GVC.CVC.(tC – tD) + QM – W.θ1.C [4, trang 292] Với:
I0, I1, I2 – nhiệt hàm của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏi caloriphe chính (bắt đầu vào thiết bị sấy) và sau khi ra khỏi thiết bị sấy, kJ/kg kkk
t0, t1, t2 – nhiệt độ của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏi caloriphe chính, và sau khi ra khỏi máy sấy, 0C
CVL, CVC, C – nhiệt dung riêng của vật liệu, của bộ phận vận chuyển và của nước, J/ (kg.độ)
G1, G2, GVC – khối lượng của vật liệu trước, sau khi sấy và khối lượng của bộ phận vận chuyển vật liệu sấy, kg/s
tD, tC – nhiệt độ trước và sau khi sấy của bộ phận vận chuyển, 0C QM – nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh, J/kg ẩm QS – nhiệt do calorife chính
QB – nhiệt do caloriphe bổ sung Đặt:
QVL = G2.CVL.(θ2 – θ1) – nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy
QVC = GVC.CVC.(tC – tD) – nhiệt lượng đun nóng bộ phận vận chuyển Vậy:
QS + QB = L(I2 – I0) + QVL + QVC + QM – W.θ1.C
Ở đây, do thiết bị sấy không có caloriphe bổ sung nên QB = 0
Vậy nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy mà ta cần phải cung cấp là: Q = QS = L(I2 – I0) + QVL + QVC + QM – W.θ1.C
Tiếp tục đặt: ∆ = W.θ1.C – QVL – QVC – QM
Thì Q = QS = L(I2 – I0) – ∆
Dựa vào số liệu tính toán ở phần cân bằng vật chất, ta có: Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ: W = 157,655 (kg/h)
Khối lượng bánh cần đưa vào thiết bị sấy: G1 = 1068,544 (kg/h) Bánh snack được sấy theo chế độ sau:
Tác nhân sấy và vật liệu sấy đi ngược chiều nhau, với nhiệt độ của không khí trước khi vào thiết bị sấy t1 = 900C và sau khi ra khỏi thiết bị sấy t2 = 400C
Tính toán quá trình sấy lý thuyết:
• Các thông số không khí ngoài trời: chọn thông số không khí ngoài trời (t0, φ0) = (270C, 85%) ta tìm được:
I0 = 1,004t0 + d0(2500+1,842t0)
→ I0= 1,004 x 27 + 0,0199 x (2500 + 1,842 x 27) = 77,848 kJ/kgkk
• Thông số tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy: d1 = d0 = 0,0199 kg ẩm/ kgkk
Cdx(d1) = 1,004 + 1,842.d1 = 1,004 + 1,842 x 0,0199 = 1,041 kJ/kgkk I1 = 1,004t1 + d1(2500+1,842t1)
→ I1= 1,004 x 90 + 0,0199 x (2500 + 1,842 x 90) = 143,409 kJ/kgkk
• Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết:
i2: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t2, kJ/kg
Độ ẩm này thỏa mãn điều kiện kinh tế kỹ thuật: 80% ≤ φ20 ≤ 90%
• Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết L0:
Chọn kích thước băng tải:
Năng suất của thiết bị sấy băng tải: G1 = B x h x ω x ρ , kg/h Trong đó:
B: chiều rộng băng tải (m), chọn B = 1,8m h: chiều dày lớp vật liệu (m), chọn h = 0,04m
ω: vận tốc băng tải (m/s)
Vậy chiều dài tổng cộng của băng tải:
Ta chọn chiều dài mỗi băng tải là: l = 9m, thì số băng tải cần dùng là:
Vậy số băng tải cần có của thiết bị sấy là 3, mỗi băng tải có chiều rộng 1,8m và chiều dài 9m
Xác định các tổn thất nhiệt:
• Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: QVL = G2.CVL.(θ2 θ1)
G2: khối lượng vật liệu sau khi sấy, G2 = 910,889 (kg) CVL: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, J/(kg.độ)
CVL = C’.φ + C’’(1 φ) = 4,186 x 0,18 + 1,5 (1 = 1,984 kJ/(kg.độ) C’ = 4,186 kJ/(kg.độ): nhiệt dung riêng của nước
C’’ = 1,5 kJ/(kg.độ): nhiệt dung riêng của chất khô φ: độ ẩm của khối bánh
θ1: nhiệt độ của vật liệu trước khi vào phòng sấy, θ1 = 650C θ2: nhiệt độ của vật liệu sau khi sấy, ta lấy θ2 = (t1 5) = 850C →QVL = 910,889 x 1,984 x (85 65) = 36144,07 (kJ/h)
• Tổn thất nhiệt do băng tải: QVC = nGVC.CVC.(tC tD)
n: số băng tải, n = 3
tC: nhiệt độ đầu của băng tải, tC = 27 C tD: nhiệt độ cuối của băng tải, tD = 900C
→QVC = 3 x 45 x 0,5 x (90 27) = 4252,5 (kJ/h)
• Tổn thất nhiệt do mất mát ra môi trường xung quanh:
QM = 0,05.( QVL + W.θ1.C + QVC) = 0,05 x (36144,07 + 157,655 x 65 x 4,186 + 4252,5) → QM = 4164,65 (kJ/h)
Ta có: ∆ = W.θ1.C – QVL – QVC – QM
→ ∆ = 157,655 x 65 x 4,186 – 36144,07 – 4252,5 – 4164,65 = Thông số trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:
Lượng không khí khô thực tế:
Lượng nhiệt tiêu hao chung:
Lưu lượng hơi nước cần dùng là:
D h h hc H d α CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ