Đang tải... (xem toàn văn)
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Quá trình sấy không chi là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, xyclon, v.v… Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy.
Đồ Án Kỹ Thuật Sấy LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần nông nghiệp nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta bắt đầu xuất nông sản với chế phẩm Do việc ứng dụng công nghệ đóng vai trò quan trọng Trong đó, công nghệ sấy khâu quan trọng công nghệ sau thu hoạch, chế biến bảo quản nông sản Sấy trình công nghệ sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Quá trình sấy không chi trình tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà trình công nghệ Nó đòi hỏi sau sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ hầm đốt, xyclon, v.v… Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực trình sấy cụ thể hệ thống sấy Trong đồ án này, em giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy khoai lang Hệ thống lắp đặt tỉnh Nghệ An với nhiệt độ không khí độ ẩm trung bình năm to =23,9oC; φo=85 % [1] Đây lần thiết kế đồ án sấy nên trình thiết kế nhiều bất cập lý thuyết, kiến thức hạn chế, kính mong quý thầy cô thông cảm tận tình giúp đỡ Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Đặng Trần Thọ tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Hà Nội , ngày tháng năm 2015 Sinh viên Lê Văn Tiên SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY VÀ CÔNG NGHỆ SẤY I I.1 Nguồn gốc phân loại khoai lang Nguồn gốc Khoai lang có nguồn gốc từ Nam Mỹ Theo lịch sử khoai lang giới loại lương thực lâu đời biết người Nó người trồng cách 5000 năm Vào năm 2600 đến 1000 TCN, khoai lang có mặt Trung Mỹ Sau phổ biến sang nước khác châu Âu Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha…, châu Á Ấn Độ, Trung Quốc, Philippin, Nhật Bản, Việt Nam… Ở Việt Nam khoai lang trồng phổ biến, vùng đất bãi ven sông, vùng đồi, trung du từ Bắc vào Nam Các giống khoai trồng ngày chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Mỹ Nhật Bản I.2 Phân loại Thông thường, người ta dựa vào màu sắc vỏ cùi thịt để phân loại khoai: - Dựa vào màu sắc vỏ có: khoai lang đỏ, khoai lang tím, khoai lang trắng, khoai lang vàng đỏ - Dựa vào màu sắc cùi thịt có: khoai lang ruột vàng, khoai lang ruột tím, khoai lang ruột trắng Ngoài ra, dựa vào hai yếu tố hình dạng để phân loại khoai như: - Khoai lang loại to vỏ trắng, ruột trắng vàng xẫm - Khoai lang bí, củ dài vỏ đỏ, ruột vàng tươi - Khoai lang loại củ dài vỏ đỏ, ruột vàng - Khoai lang ngọc nữ vỏ tím, ruột tím Ở số nơi, người ta dựa vào nguồn gốc khoai lang để phân loại khoai hình 1.1 giống khoai lang nhập từ Nhật Bản : SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Nhật đỏ (giống HL518) – hình 1.1.a, Nhật tím (giống HL491, Murasa kimasari) – hình 1.1.d, Nhật vàng (giống Kokey 14) – hình 1.1.c a b c d Hình 1.1.Một số loại khoai lang 1.2 Cấu tạo tính chất của khoai lang 1.2.1 Cấu tạo Cây khoai lang loài thân thảo dạng dây leo, có mọc so le hình tim hay xẻ thùy chân vịt, rễ củ ăn có hình dáng thuôn dài thon hình 1.2 Củ khoai lang: Củ khoai gồm hai phần chính: vỏ ruột SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy - Vỏ khoai mỏng cấu tạo từ lớp tế bào dẹt xếp khít với Vỏ khoai chiếm khoảng 2% khối lượng toàn củ Hình 1.2 Cây khoai lang Ruột khoai cấu tạo từ lớp tế bào lớn chứa đầy tinh bột số giống khoai hình thành lớp vỏ dày bao quanh ruột khoai, lớp vỏ dày khoảng 1-3 mm có thành phần hóa học tương tự ruột khoai 1.2.2 Thành phần hóa học khoai lang Thành phần hóa học khoai lang gồm chủ yếu nước tinh bột Hàm lượng nước khoai dao động khoảng 60-80%, tinh bột 15-25% Trong khoai có nhiều đường (5-10%), chủ yếu glucoza, saccaroza fructoza Thành phần hóa học khoai lang bao gồm thành phần củ khoai lang : Nước, tinh bột đường, Protein, chất béo, …được nêu bảng 1.1 khoai lang tươi khô sau : SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Bảng 1.1 Thành phần hóa học trung bình khoai lang (%) Chất thành phần Khoai lang tươi Khoai lang khô Nước 68,1 13,0 Tinh bột đường 20,9 83,5 Protein 1,6 2,0 Chất béo 0,5 0,8 Xenluloza 0,9 1,2 Tro 1,0 0,5 Polyphenol 0,2 - Chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng khoai lang hàm lượng tinh bột Khoai chưa đủ già có chứa hạt tinh bột nhỏ dịch bào có chứa nhiều chất hòa tan gây bọt ảnh hưởng đến hiệu suất trình sản xuất tinh bột Những củ khoai có mặt phẳng nhẵn thường có hàm lượng tinh bột cao Nước khoai tồn hai dạng: nước tự ( khoảng 78% lượng nước chung củ khoai) nước liên kết (22%) Trong nước tự có chứa loại đường, muối khoáng, hợp chất azôt hòa tan, axit hữu chất hòa tan khác Ngoài khoai có protein chất béo với hàm lượng thấp Người ta tìm thấy khoai lang có sinh tố B1, B2, C tiền sinh tố A nhựa khoai lang chứa hợp chất polyphenol chất màu Hợp chất polyphenol bị oxy hóa làm cho khoai khô bột khoai có màu xám 1.2.3 Tính chất nhiệt vật lý khoai lang Một số thông số nhiệt vật lý khoai lang độ ẩm, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt bảng 1.2,theo tài liệu [1] Bảng 1.2 Một số thông số nhiệt vật lý khoai lang SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Tính chất Đại lượng Đơn vị Độ ẩm 68,1 % Khối lượng riêng 1034 kg/m3 Nhiệt dung riêng 3860 J/kg.K Hệ số dẫn nhiệt 0,59 W/m.K 1.3 Thu hoạch, sơ chế, bảo quản Thu hoạch Khi thấy gốc khoai ngả màu vàng, kiểm tra củ thấy vỏ nhẵn, mủ khoai già, thu hoạch Cần thu hoạch vào ngày nắng Chú ý cuốc không làm đứt khoai, thao tác nhẹ nhàng tránh xây xát vỏ tạo điều kiện cho sâu nấm bệnh xâm nhập hại củ, bong vỏ làm ảnh hưởng đến mẫu mã làm giảm giá trị thương phẩm Sơ chế Cũng giống loại củ lương thực khác, sau thu hoạch khoai vãn thể sống tiếp diễn loạt trình hóa-lí sinh phức tạp mà điển hình trình hô hấp, hình thành chu bì vết thương, nảy mầm, thối… dẫn tới biến đổi thành phần hóa học củ, gây tổn thất chất khô, chí bị hư hỏng hoàn toàn Ngoài ra, khoai lang bị hà phá hoại, khoai hà không sử dụng kể làm thức ăn cho gia súc Nếu bảo quản khoai lang tươi trình sơ chế đơn giản Sau thu hoạch cần làm khoai đem bảo quản Các phương pháp bảo quản khoai lang tươi trình bày phần sau Chú ý sơ chế, tránh làm khoai bị trầy sước, ướt Tuy nhiên, bảo quản khoai lang tươi lại khó khăn, dó phải sơ chế thành dạng nguyên liệu để giữ lâu ngày Phổ biến sơ chế củ thành dạng lát, dạng duôi, mảnh Quy trình sơ chế gồm công đoạn sau: Củ tươi – ngâm – rửa – thái lát – phơi sấy – xử lý –thành phẩm SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Đối với củ tươi, sau thái, bề mặt lát thường có "nhựa" chảy làm cho bề mặt lát chóng bị sẫm màu bị oxy hóa Để tránh tượng này, sau thái, lát ngâm dung dịch nước vôi khoảng 30 phút, làm lát sau có màu trắng đẹp Tất lát sau ngâm xử lý vớt lên rổ, rá mặt thoáng nhằm làm cho lát thoát bớt nước Cần đảo trộn lát để tăng khả thoát nước Sau xử lý đưa lát sấy Bảo quản Bảo quản hầm : Bảo quản hầm phương pháp phổ biến để dự trữ loại củ hầm có ưu điểm giữ nhiệt độ độ ẩm điều hòa, thay đổi theo thời tiết trời Trước cho khoai vào kho, lựa bỏ củ sây sát nhiều Trường hợp khoai bị ướt vỏ phải hong thông gió cho khô Không bảo quản khoai bị ngập nước xếp khoai nhẹ nhàng Trường hợp thông gió tự nhiên chiều cao đống khoai không 1m, có quạt thông gió chiều cao tới 2,5 - 3m Trong 10 ngày đầu tiên, cần giữ nhiệt độ 29-300 oC độ ẩm không khí 85-95% để làm liền vết thương Sau giai đoạn khoai trạng thái ngủ ổn định nên hạ nhiệt độ xuống 12-150oC độ ẩm 85% Sau 2-3 tháng bảo quản, khoai chuyển sang giai đoạn mọc mầm dễ bị thối, cần giữ nhiệt độ thấp Chế độ kiểm tra khoai sau: - Khoảng 10 ngày kiểm tra lần/ ngày - Sau 3-5 ngày/lần - Và giai đoạn mọc mầm ngày/lần Khi phát khoai có tượng hà thối cần xuất kho tiêu thụ Bảo quản đắp cát Bảo quản đắp cát nhằm ổn định nhiệt độ độ ẩm môi trường, chất lượng khoai biến chuyển chậm SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Xếp khoai thành luống Luống 1-1,5m, cao 0,5-0,8m, chiều dài tùy ý.Nơi đánh luống phải ráo, nước mạch Xung quanh luống có rãnh thoát nước phòng trời mưa đọng nước Sau xếp khoai đắp cát lên Mỗi luống phải có ống cắm nhiệt kế kiểm tra nhiệt độ Bảo quản theo phương pháp đơn giản khoai chóng mọc mầm Bảo quản phương pháp sấy Là phương pháp bảo quản sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp Giữ chất lượng sản phẩm có giá trị cao bảo quản lâu dài Ở đồ án ta lựa chọn phương pháp bảo quản khoai lang phương pháp sấy 1.4 Tổng quan sấy khoai lang 1.4.1 Bản chất trình sấy Sấy bốc nước sản phẩm nhiệt nhiệt độ thích hợp, trình khuếch tán chênh lệch ẩm bề mặt bên vật liệu, hay nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu môi trường xung quanh 1.4.2.Phân loại trình sấy Phân biệt loại: • Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân nắng, gió Phương pháp thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh độ ẩm cuối vật liệu lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu • Sấy nhân tạo: trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa phải dùng đến tác nhân sấy khói lò, không khí nóng, nhiệt…và hút khỏi thiết bị sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển triệt để sấy tự nhiên Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu:nguồn nhiệt cung cấp cho trình sấy nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy cách truyền nhiệt đối lưu Đây phương pháp dùng rộng rãi cho sấy hoa sấy hạt Phương pháp sấy xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho trình sấy thực xạ từ bề mặt đến vật sấy, dùng xạ thường, xạ hồng ngoại Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt Phương pháp sấy điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần vật sấy làm vật nóng lên Phương pháp sấy thăng hoa: thực làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa nước, nước thoát khỏi vật sấy nhờ trình thăng hoa Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh làm sôi lớp hạt, sau thời gian định, hạt khô tháo Phương pháp sấy phun: dùng để sấy sản phẩm dạng lỏng Bức xạ: dẫn truyền nhiệt xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy: Sấy mẻ: vật liệu đứng yên chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến hoàn tất tháo Sấy liên tục: vật liệu cung cấp liên tục chuyển động vật liệu ẩm qua buồng sấy xảy liên tục SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Phân loại theo chuyển động tương đối dòng khí vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu 1.4.3 Công nghệ sấy khoai lang Vì khoai lang sấy dạng lát mỏng, có kích thước lớn nên hệ thống sấy phù hợp hệ thống sấy hầm Quy trình công nghệ sấy khoai lang : Khoai nguyên liệu đem rửa phân loại lấy có chất lượng tốt , sau tiến hành bóc vỏ Xử lý dung dịch hóa chất.sau xử lý hóa chất, khoai cho vào máy cắt lát xếp vào khay đưa vào hầm sấy Sấy nhiệt độ 80 - 95 oC độ ẩm khoai giảm xuống 12%.Sau sấy xong, cần tiến hành phân loại cá thể không đạt chất lượng ( cháy chưa đạt độ ẩm yêu cầu ) Dạng vật liệu thường dùng để bảo vệ rau khô giấy cáctông chất dẻo (PE, PVC, xenlophan…) Bao giấy hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, tái sinh, thấm thấm khí, không tác dụng nước học Bao túi chất dẻo có đặc tính suốt, đàn hồi, dể dàng kín nhiệt, chi phí thấp có số bị thấm nước, thấm khí (PE), chịu nhiệt (PVC,PET) Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa khô gồm màng chất dẻo kết hợp nhiều màng 1.4.4 Phương pháp sấy Do sản phẩm sấy dùng làm thực phẩm cho người nên phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh Do ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy Với yêu cầu đặc tính loại vật liệu sấy khoai nên ta lựa chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng dùng quạt thổi 1.4.5 Chọn chế độ sấy 10 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy 745 0, 0329 B.d 760 ϕ2 = = = 90% pbh (0, 621 + d ) 0, 05585.(0, 621 + 0, 0329) So với điều kiện chọn φ2 = ( 90 ± ) % , bỏ qua sai số ,thì hoàn toàn thỏa mãn Như , chọn t2 = 35 oC hoàn toàn hợp lý 3.2 Tính lượng TNS trình sấy thực 3.2.1 Khối lượng không khí khô Chúng ta tính lượng không khí khô cần thiết để bốc kg ẩm trình sấy thực l : l= 1 = = 59,17[kgKK/kgA] d − d o 0, 0329 − 0, 016 Và : L = W.l = 583,33 59,17 = 34515,63 kgkk/h Để thiết lập bảng cân nhiệt ta tính : • Nhiệt lượng tiêu hao q q = l.( I1 – Io ) = 59,17 ( 123,55 – 65,54 ) = 3432,45 kJ/kgA • Nhiệt lượng có ích q q1 = i2 – Ca.tv1 = ( 2500 + 1,842.35 ) – 4,18.23,9 = 2464,57 kJ/kgA • Tổn thất nhiệt TNS mang q2 q2 = l.Cdx(do)(t2 – to ) = 59,17.1,0335.(35 – 23,9 ) = 678,79 kJ/kgA • Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ : q’= q1 + q2 + qvl + qTBTT + qMT q’= 2464,57 + 678,79 + 34,2267 + 130,3 + 122 = 3429,89 kJ/kgA Có thể thấy nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ phải Tuy nhiên, trình tính toán làm tròn sai số tính toán tổn thất mà phạm phải sai số Chúng ta kiểm tra sai số Ở sai số tuyệt đối : ∆q = q’ – q= 3432,45 – 3429,89 = 2,56 ε= Hay sai số ∆q 2, 56 = ≈ 0, 07% ' q 3498,34 25 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Sau tính toán ta có bảng tổng kết cân nhiệt hệ thống sấy sau : Bảng 3.1.Cân nhiệt hệ thống sấy STT Đại lượng Nhiệt lượng có ích Tổn thất tác nhân sấy Tổn thất vật liệu sấy Tổn thất thiết bị truyền tải Tổn thất môi trường Tổng nhiệt lượng tính toán Tổng nhiệt lượng tiêu hao Sai số tuyệt đối Ký Giá trị hiệu q1 q2 qvl qTBTT qMT q’ q [kJ/kg_ẩm] 2464,57 678,79 34,2267 130,3 122 3432,45 3429,89 % 71,8 19,77 3,8 3,63 100 100 0,07 Từ bảng cân nhiệt ta có nhận xét : ηT = 71,8% • Hiệu suất nhiệt TBS : • Trong tổn thất tổn thất TNS mang lớn Bây kiểm tra giả thiết tốc độ TNS hầm sấy Muốn vậy, tính : - Thể tích TNS sau khỏi hầm sấy : với thông số t2 = 35oC φ2 = 87,3 % , tra phụ lục [1] ta thể tích v2 = 0,93888 m3/kg kk Do lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy Vc : V2 = Lo.v2 = 33331,5.0,93888 = 31294,28 m3/h - Thể tích TNS trước vào hầm sấy : tính toán trình sấy lý thuyết có v1 = 1,047 m3/kg Do : V1 = Lo.vB = 33331,5.1,047 = 34898,08 m3/h - Lưu lượng thể tích trung bình TNS hầm sấy V : V = 0,5.(V1 + V2 ) = 0,5.( 31294,28 + 34898,08 ) = 33096,18 m3/h Hay V = 9,2 m3/s - Kiểm tra tốc độ TNS giả thiết Tốc độ trung bình TNS trình sấy thực w : w= V 9, = = 7, 007 m / s Ftd 1,313 26 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Tốc độ TNS giả thiết tính tổn thất m/s So với tốc độ thực , sai số tương đối 0,1 % Bỏ qua sai số tính toán, kết tính toán xem Sau tính toán, ta suất quạt cần đáp ứng để chọn quạt V = 33096,18 m3/h • Công suất nhiệt lượng cần thiết để chọn nồi - Công suất nhiệt calorifer : Q = W.q = 583,33 3314,69 = 1933558,12 kJ/h = 537 kW - Lưu lượng cần thiết : Nếu lấy hiệu suất nhiệt calorifer ηc = 75% , nhiệt ẩn hóa r nước áp suất bar [2] 2109 kJ/kg lượng cần cung cấp D : D= Q 1933558,12 = = 1222, kg / h ηc r 0, 75.2109 27 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy CHƯƠNG TÍNH TOÁN CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 4.1.Tính thiết kế calorifer Calorifer thiết bị dùng để đốt nóng không khí trước đưa không khí vào hầm sấy Trong kỹ thuật sấy thường dùng loại calorifer: calorifer khíhơi calorifer khí khói Ở ta sấy khoai lang hầm sấy với nhiệt độ tác nhân sấy không 120oC nên ta chọn loại caloripher khí - Caloripher khí-hơi thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bão hòa ngưng tụ, ống không khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt ngưng tụ nước αn lớn so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu mặt ống với không khí αk Vì vậy, phía không khí thường làm cánh để tăng cường truyền nhiệt Với yêu cầu HTS cần nâng nhiệt độ TNS từ 23,9 oC lên đến 80oC , bão hòa có áp suất 5bar, tra bảng nước bão hòa theo áp suất có nhiệt độ bão hòa 151,84oC [2] Qua phần tính toán nhiệt ta tính Q = 537 kW cho hầm sấy F= Ta cần xác định diện tích trao đổi nhiệt ống Q k ∆tlog Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình nước ngưng ống với không khí chuyển động ống biểu diện hình 4.1 ∆tlog = Với độ chênh lệch trung bình : ∆t1 − ∆t2 ∆t ln ∆t2 ∆t1 = th − tv = 151,84 − 23,9 = 127,940 C ∆t2 = th − tr = 151,84 − 80 = 71,840 C Với t0, t1 nhiệt độ không khí vào khỏi caloripher 28 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy ∆tlog = ∆t1 − ∆t2 127,94 − 71,84 = = 97, 0C ∆t1 127,94 ln ln ∆t2 71,84 Hình 4.1 Giản đồ nhiệt độ • Caloripher có ống làm inox 304 có: Hệ số dẫn nhiệt λinox304 = 25W / mK Đường kính d1 = 48mm = 0,048m Đường kính d2 = 50mm = 0,05m Chiều dài ống l = 1,5m Bước ống ngang s1 = 0,1m Bước ống dọc s2 = 0,1m Đường kính cánh lấy 60 mm, bước cánh 3,5mm Ta có d2 0.05 = = 1.041 < 1.4 d1 0, 048 Do tính hệ số truyền nhiệt qua ống ứng với bề mặt không làm cánh F1 theo công thức tính hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng [4]: k= 1 δ + + α1 λ304 α 2ε c Với thông số sau : 29 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy - λinox = 25W / mK δ = 0,5 × (d − d1 ) = 0,001m εc = α1 α2 : hệ số tỏa nhiệt nước vào ống, W/m2.độ : hệ số tỏa nhiệt tỏa nhiệt từ thành ống không khí, W/m2.độ * Tính α1 α1 = : Nu1 × λ hoinuoc Công thức tính d1 Re = Tiêu ω1 chuẩn : vận tốc lưu lượng dòng nóng: ta lấy ν = 0, 2008 × 10−6 m / s Re1 = Vậy Reynold: ω ω × d1 ν = 5m/s độ nhớt dòng nóng 151,84 0C [4] ω1 × d1 × 0, 048 = = 1195219,12 > 10000 ν1 0, 2008 ×10−6 Do chế độ chảy ống chảy rối nên : Nu1 = 0, 021× Re 0,8 × Pr 0,43 Nu1 = 0, 021× 1195219,120,8 × 1, 040,43 = 1554, Tra Pr =1,04 151,840C [4] α1 = Vậy tính * Tính α2 Nu1 × λhoinuoc 1397, × 68, 38 ×10 −2 = = 19907,13(W / mK ) d1 0, 048 : Với nhiệt độ trung bình không khí qua calorifer : 30 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy tkk = 0,5.(23,9 + 80) = 51,95o C Ta tra thông số vật lý không khí sau [4] : λ2 = 2,82.10 −2 [W / m.K ] ρ = 1, 087[kg / m3 ] ν = 18,15.10−6 [m2 / s] Pr2 = 0, 6988 Tương tự phần ta tính, tiêu chuẩn Reynold : Re = ω2 × d 25 × 0, 05 = = 68870, ν2 18,15 × 10−6 ω = 25(m / s ) Ta lấy vận tốc dòng khí ống Tiêu chuẩn Nu2 = 0,018 Re20,8 [4] Nu2 = 0,018.68870,50,8 = 133,57 Tính α2 Nu2 × λ2 133,57 × 2,82 ×10−2 α2 = = = 75, 33(W / m.K ) d2 0, 05 • Tính hệ số k K= 1 δ + + α1 λ304 α 2ε c = = 74,82(W / m K ) 0, 001 + + 19907,13 25 75,33 ×1 + Diện tích bề mặt ống: Q 537.103 F= = = 73,84( m ) K × ∆tlog 74,82 × 97, [4] + Tổng số ống caloripher: 31 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy n= F 73,84 = = 319,9 π dtb l 3,14 × 0, 049 ×1,5 (ống) ta lấy n = 320 ống + dtb: đường kính trung bình ống: dtb = 0,049 m Z= + Số hàng ống: n 320 = = 5(hàng ) m 64 , với m = 64: số ống hàng Với số ống 320 ống xếp thiết bị hình trụ tròn nên xếp vỉ ống hình chữ nhật với chiều dài 64 ống chiều rộng ống 4.2.Tính chọn quạt Quạt thiết bị vận chuyển tác nhân sấy hệ thống sấy Để chọn loại quạt có số hiệu hiệu cần phải xác định được: Trở lực mà quạt phải khắc phục… ( cột áp ∆p ) Lưu lượng V 4.2.1 Lưu lượng quạt Quạt bố trí kênh dẫn TNS , theo tính toán trình sấy thực có lưu lượng quạt V = 33096,18 m3/h 4.2.2 Tính áp suất toàn phần ∆P = ∆PC + ∆PS + ∆PXđ + ∆P - Trong trở lực qua caloriphe trở lực qua thiết bị lọc bụi + Áp suất động ∆Pđ = ρ0 ∆Pđ ∆PX ∆PC , trở lực qua thiết bị sấy ,áp suất động ∆Pđ : ρ × ω 1,293 × 25 = = 1,57( mmHg) = 209,3( Pa ) 2× g × 9,81 = 1,293 kg/m3 khối lượng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn g = 9,81(m/s2): gia tốc trọng trường 32 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 ∆PS , Đồ Án Kỹ Thuật Sấy + Trở lực qua caloriphe ξ ρ ∆PC ω2ρZ ∆PC = ξ : : Hệ số trở kháng =1,087 kg/m3 : Khối lượng riêng không khí tra nhiệt độ 51,950C Z: Số hàng ống caloriphe 0,9 ξ = 0, 72 × Re −0,245 = 0, 72 × 68870,5 ( s1 − d + ) −0,245 0,9 −0,1 0,9 s −d d s −d × ÷ × TB ÷ × ÷ d2 d2 s2 − d ( 0,1 − 0, 05 + ) 0,9 0,9 0,9 = 0, 09 ∆PC = ξ Thay vào ta có ω2ρZ 252.1, 087.16 = 0, 09 = 489,15Pa 2 + Trở lực qua thiết bị sấy ∆PS = λms × λms ∆PS : Lh × ω × ρ ( Pa ) d td × :Hệ số ma sát dtđ: đường kính tương đương hầm sấy ε = 0,015m : Độ nhám hầm sấy ρ = 1.000kg / m3 : Khối lượng riêng không khí tra 80 0C Chọn tốc độ dòng khí hầm dtđ = ω S = 3m / s Bh × H h ×1, 25 × 2, 65 = = 1, 7m Bh + H h 1, 25 + 2, 65 0,25 ε λms = 0,1× ÷ dtđ 0,25 0, 015 = 0,1× ÷ 1, = 0, 03 33 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 −0,1 0,1 − 0, 05 0, 049 0,1 − 0, 05 0, 05 ÷ × 0, 05 ÷ × 0,1 − 0, 05 ÷ Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Lh × ω × ρ 35 × 32 ×1, 000 ∆PS = λms × = 0, 03 × = 2,8 ( Pa ) d td × 1, × + Trở lực qua thiết bị lọc bụi ∆PX = ξ Chọn : ω q2 × ρ k ω q = 2,2m / s ρ k = 1,147 kg / m3 ξ ∆PX khối lượng riêng không khí 35 0C - hệ số trở lực thiết bị lọc bụi Ta lấy ξ = 60 ∆PX = ξ Vậy [3] ωq2 × ρ k 2, ×1,147 = 60 = 75, 7( Pa) 2 Vậy tổng trở lực: ∆P = ∆PC + ∆PS + ∆PXđ + ∆P = 489,15 + 2,8 + 75, + 209,3 = 776,95( Pa) 4.2.3 Chọn quạt tính công suất tiêu thụ quạt Với yêu cầu quạt cần chọn đảm bảo lưu lương cột áp V = 33096,18 m3/h, ∆p = 776,95 Pa Sử dụng phần mềm chọn quạt hãng Fantech, ta lựa chọn quạt có thông số sau : 34 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Hình 4.2 Catalog quạt hãng fantech Các thông số quạt chọn gồm : - Model : 30ALDW - Lưu lượng : m3/s ( 32400 m3/h ) - Cột áp : 777 Pa - Độ cao lắp quạt : m - Đường kính đầu đẩy : 762 mm - Tốc độ cánh quạt : 17,4 vòng/s - Trọng lượng : 620 kg - Công suất động : 15kW - Nguồn điện cung cấp : 415V@50Hz - Động có : cực ( cặp cực ) 4.3 Chọn nồi Với yêu cầu calorifer vào có nhiệt độ bão hòa 151,84 oC, lưu lượng vào 1222,4 kg/h Khi chọn nồi ta chọn cho hầm sấy, lưu lượng cần đáp ứng 1222,4.3 = 3667,2 kg/h Ta chọn nồi hãng nồi Việt Nam , ta nồi đáp ứng yêu cầu sau : 35 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Hình 4.3 Catalog lò công ty nồi Việt Nam Ta chọn nồi LT4/10KE Các thông số nồi sau : - Năng suất sinh : 4000 kg/h - Áp suất làm việc : 10 kG/cm2 - Nhiệt độ bão hòa : 183 oC 36 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau tính toán, ta thiết kế chi tiết hệ thống sấy đáp ứng yêu cầu sấy khoai lang với sản lượng 1000 kg/h , địa điểm xây lắp tỉnh Nghệ An Các thiết bị lựa chọn dư để đảm bảo điều kiện làm việc, vận hành thay đổi Khi xây dựng thực tế có nhiều nguyên nhân tác động khác dẫn đến kích thước hình học sai lệch Nhưng tùy trường hợp mà ta linh động xếp cho phù hợp với trình sấy 37 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Phú,”Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo Dục [2] Hà Mạnh Thư, “ Bài tập trắc nghiệm Kỹ Thuật Nhiệt” , NXB Bách Khoa Hà Nội [3] PGS-TSKH Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông,” Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội [4] Bùi Hải, Trần Thế Sơn , “ Bài tập Nhiệt động truyền nhiệt kỹ thuật lạnh” , NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 38 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy MỤC LỤC Lời nói đầu ………………………………………………………… trang CHƯƠNG Tổng quan vật liệu sấy công nghệ sấy ……… trang I Nguồn gốc phân loại khoai lang …………… ……… trang II Thiết kế sơ nguyên lý hệ thống ……………………… trang 11 CHƯƠNG Tính toán trình sấy lý thuyết …………………… trang 14 I Các thông số không khí hệ thống sấy ………… trang 14 II Xác định lích thước thiết bị sấy …………………… trang 17 III Tính nhiệt hầm sấy ……………………………………… trang 19 CHƯƠNG Tính toán trình sấy thực ………………………… trang 24 I Xác định kích thước thiết bị sấy …………….…… trang 18 II Tính nhiệt hầm sấy ……………… …………………… trang 20 III Tính toán trình sấy thực …………………………… trang 24 CHƯƠNG Tính toán chọn thiết bị phụ ……………………… trang 28 4.1 4.2 4.3 Tính thiế kế calorifer …………………………………… trang 28 Tính chọn quạt ………………………………… ……… trang 31 Chọn nồi cho hầm sấy ………………………… … trang 34 CHƯƠNG Kết Luận ……………………………………………… trang 36 Tài liệu tham khảo ………………………………………………… trang 37 Mục Lục …………………………………………………………… trang 38 39 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 [...]... 104500mm 1.4 Xây dựng cấu trúc hầm sấy và các thông số để tính nhiệt Vì kích thước chiều dài của hầm sấy khá là lớn nên ta xây dựng làm 3 hầm sấy nhỏ, có kích thước : 104500 = 34833,33mm 3 Ta lấy kích thước là : 35000 mm cho mỗi hầm sấy Vậy số xe gòong cho mỗi hầm sấy là 50 = 16, 67 xe 3 Ta chọn số xe mỗi hầm sấy là 17 xe Vậy sau khi tính toán lại ta được kích thước của 1 hầm sấy nhỏ : - Lượng ẩm bốc... trung bình Chiều rộng của hầm sấy : Bh = 1250 mm Chiều cao của hầm sấy : Hh = 2650mm Chiều dài của hầm sấy : Lh = 35000 mm Số xe gòong 1 hầm sấy là 17 xe Số khay sấy mỗi hầm sấy là 40 x 17 = 680 khay II Tính nhiệt hầm sấy 2.1 Tổn thất do VLS mang đi qv Để tính tổn thất do VLS mang đi hết ta phải biết nhiệt độ VLS ra khỏi hầm tv2 và nhiệt dung riêng Cv2 Theo kinh nghiệm , trong sấy nông sản [1] nhiệt... hiện quá trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị chính và thiết bị phụ Trong đồ án này ta sử dụng các loại thiết bị trong bảng 1.3 như sau : Bảng 1.3 Các thiết bị chính và thiết bị phụ trong hầm sấy Thiết bị chính Thiết bị Thiết bị phụ Hầm sấy Xe gòong Quạt đẩy Caloriphe Thiết bị lọc bụi Lò hơi Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy 11 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Hơi nước... 0, 75.2109 27 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 4.1.Tính thiết kế calorifer Calorifer là thiết bị dùng để đốt nóng không khí trước khi đưa không khí vào hầm sấy Trong kỹ thuật sấy thường dùng 2 loại calorifer: calorifer khíhơi và calorifer khí khói Ở đây ta sấy khoai lang bằng hầm sấy với nhiệt độ tác nhân sấy không quá 120oC nên ta chọn loại caloripher... với vật liệu sấy là khoai lang làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài Không khí này sau đó được thải ra ngoài môi trường 12 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT I Các thông số của không khí trong hệ thống sấy Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thị I – d.. .Đồ Án Kỹ Thuật Sấy Ta chọn sấy hầm không hồi lưu và TNS là không khí nóng đi ngược chiều với VLS Thông số không khí ngoài trời to = 23,9oC; φo = 85 %[3] Dựa vào tài liệu [1], ta chọn nhiệt độ TNS vào hầm sấy t1 = 80oC , nhiệt độ TNS ra khỏi hầm sấy chọn sơ bộ t2 = 35oC ( lựa chọn không được quá thấp tránh hiện tượng đọng sương bên trong buồng sấy khi không khí bị quá bão... inox được hàn lại với nhau Trên mỗi xe đặt 40 khay , mỗi khay chứa được 11 kg vật liệu sấy 17 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy , các khay được xếp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là 50mm để đảm bảo lưu thông của 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 Tính toán kích... đẩy xe vào cũng như kéo xe ra khỏi hầm sấy Hầm sấy được xây dựng theo các kích thước sơ bộ sau: a) Chiều rộng của hầm sấy Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng Ta lấy dư ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo Bh = Bx + 2.1000 = 1050 + 2.100 = 1250mm hầm sấy được dễ dàng: b) Chiều cao của hầm sấy Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goong... kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy Muốn vậy, chúng ta tính : - Thể tích TNS sau khi ra khỏi hầm sấy : với thông số t2 = 35oC và φ2 = 87,3 % , tra phụ lục 5 [1] ta được thể tích v2 = 0,93888 m3/kg kk Do đó lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy Vc bằng : V2 = Lo.v2 = 33331,5.0,93888 = 31294,28 m3/h - Thể tích TNS trước khi vào hầm sấy : khi tính toán quá trình sấy lý thuyết chúng ta đã có v1 = 1,047... xe là 150mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng: H h = H x + 150 = 2500 + 150 = 2650mm 18 SV : Lê Văn Tiên – 20110847 Đồ Án Kỹ Thuật Sấy c) Chiều dài của hầm sấy : Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều dài và số lượng của xe goòng làm việc trong hầm Ta lấy dư ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm giúp cho việc đẩy xe goong cũng như kéo ra khỏi hầm được thuận lợi: Lh = n.Lxe + 2.1000