ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC TRƯỜNG CĐKT CAO THẮNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN LẠNH MÔN: KỸ THUẬT SẤY ĐỒ ÁN SẤY HỆ THỐNG SẤY CHUỐI – TBS HẦM NIÊN KHÓA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống sấy chuối- sấy hầm Các số liệu liệu ban đầu: • Độ ẩm ban đầu W1= 80%, độ ẩm sản phẩm khơ W2= 12% • Năng suất nhập liệu: G1= tấn/mẻ • Áp suất khơng khí ẩm: B=1 atm Nội dung thuyết minh tính tốn: • Tổng quan • Cấu tạo ngun lí hoạt động ,ưu- nhược điểm TBS • Nguồn lượng, tác nhân sấy • Tính tốn kích thước cho TBS • Tính tốn nhiệt • Tính thiết bị phụ Sinh viên hoàn thành đồ án nộp đồ án Ngày 26 tháng 04 năm 2013 NIÊN KHÓA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC 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 nơng sản với chế phẩm Do việc ứng dụng cơng nghệ đóng vai trò quan trọng Trong đó, cơng nghệ sấy khâu quan trọng công nghệ sau thu hoạch, chế biến bảo quản nông sản Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều ngành cơng nơng nghiệp Q trình sấy khơng chi trình tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng 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 Hầm sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Nếu hệ thống sấy hầm hệ thống sấy mẻ, suất không lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên cưỡng hệ thống sấy hầm có suất lớn hơn, sấy liên tục bán liên tục luôn hệ thống sấy đối lưu cưỡng Sấy nông sản quy trình cơng nghệ phức tạp Nó thực thiết bị sấy khác Ứng với loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lượng sản phẩm sấy tốt tiết kiệm lượng Trong đồ án này, em giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm chuối chín Với nhiệm vụ đó, em lựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy không khí gia nhiệt nhờ quạt thổi vào Hệ thống nàu lắp đặt thành phố Hồ Chí Minh với nhiệt độ khơng khí độ ẩm trung bình năm t = 28oC; φ = 70% Đây lần thiết kế đồ án sấy nên q trình thiết kế nhiều bất cập lý thuyết, kiến thức hạn chế, kính mong q thầy thơng cảm tận tình giúp đỡ CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Thế sấy ? 1.1.1 Bản chất trình sấy Sấy bốc nước sản phẩm nhiệt nhiệt độ thích hợp, q 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 Sấy phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn dễ dàng Sấy làm giảm độ ẩm thực phẩm đến mức cần thiết vi khuẩn, nấm mốc nấm men bị ức chế không phát triển hoạt động được, giảm hoạt động enzyme, giảm NIÊN KHÓA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC kích thước trọng lượng sản phẩm Trong trình sấy xảy trình trao đổi nhiệt trao đổi chất cụ thể tŕnh truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, trình truyền ẩm từ vật sấy ngồi bề mặt sấy, trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ngồi mơi trường Các q trình truyền nhiệt truyền chất xảy đồng thời vật sấy, chúng có qua lại lẫn 1.1.2 Phân loại trình sấy Người ta 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, khơng 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: 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 Định nghĩa sấy đối lưu: Sấy đối lưu dùng khơng khí nóng khói lò làm tác nhân sấy có nhiệt độ , độ ẩm, tốc độ phù hợp , chuyển động chảy chùm lên vật sấy làm cho ẩm (nước)trong vật sấy bay theo TNS sau thời gian sấy ta sản phẩm sấy có độ ẩm theo yêu cầu Đối với VLS chuối ta sấy theo mẻ( gián đoạn) Sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu khơng khí nóng 1.Sơ đồ: 2.Ngun lý làm việc: Quạt ( 1) hút khơng khí trời đẩy qua calorife ( 2) để thực nung nóng thành tác nhân sấy vào buồng sấy ( 3) chảy chùm qua VLS đặt buồng làm ẩm vật sấy bay theo cửa thải Đối với phương pháp sấy sản phẩm lấy theo mẻ ,calorife đốt nóng dùng calorife nước 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 khỏi vật sấy nhờ q 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 khơ tháo NIÊN KHĨA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC 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 Phân loại theo chuyển động tương đối dòng khí vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt Loại thổi xun vng góc với vật liệu 1.1.3 Nhân tố ảnh hưởng đến trình sấy chuối Trong trình sấy chuối xảy loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc học biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Những biến đổi học bao gồm biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp Sự thay đổi hệ keo pha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc biến đổi hóa lý Những biến đổi hóa sinh q trình sấy phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, phản ứng ơxy hóa polyme hóa hợp chất polifenol, phân hủy vitamin biến đổi chất màu Hàm lượng vitamin chuối sấy thường thấp chuối tươi chúng bị phá hủy phần trình sấy xử lý trước sấy Trong vitamin axit ascobic caroten bị tổn thất trình ơxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, thiamin bị phá hủy nhiệt sunfit hóa Để tránh làm chậm biến đổi không thuận nghịch ấy, tạo điều kiện để ẩm thoát khỏi chuối cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho loại sản phẩm Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy cao tốc độ sấy nhanh, q trình có hiệu cao Nhưng sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối chuối sản phẩm chịu nhiệt Trong môi trường ẩm, nhiệt độ cao 60oC protein bị biến tính; 90oC fructoza bắt đầu bị caramen hóa, phản ứng tạo melanoidin, polime hóa hợp chất cao phân tử xảy mạnh Còn nhiệt độ cao nữa, chuối bị cháy Vì vậy, để sấy chuối thường dùng chế độ sấy ơn hòa, nhiệt độ sấy khơng q cao Ngồi ra, độ ẩm tương đối chuối, độ ẩm cân … ảnh hưởng trực tiếp đến q trình sấy 1.1.4 Cơng nghệ sấy chuối 1.1.4.1 Độ chín chuối nguyên liệu Chuối thu hái phải đủ già nghĩa, tự chín Tuy nhiên để chuối tự chín chuối chín chậm khơng đồng loạt Dấm dú cách để chuối chín nhanh Độ chín chuối nguyên liệu yếu tố định đến chất lượng chuối sấy Có NIÊN KHĨA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC nhiều cách xác định độ chín, cách xác định theo màu vỏ phổ biến Trong chế biến ăn tráng miệng chuối thường dùng theo độ chín sau đây: - Vỏ vàng hai đầu xanh vị đậm đà, chát, cứng, chưa thật thơm, vỏ chắc, chuối có hàm lượng đường axit cực đại, có tinh bột tanin - Vỏ vàng hoàn toàn vị ngọt, độ chát giảm, thơm,vỏ dễ bóc Đường axit bắt đầu giảm, tinh bột tamin - Vỏ vàng có màu chấm nâu vị ngọt, thơm, không chát, mềm vỏ dễ gãy Đường, axit hữu giảm, tinh bột khơng còn, tamin thấp 1.1.4.2 Hỗ trở việc rửa bột chuối hố chất Trên bề mặt chuối có lớp bột bao quanh không loại bỏ làm chuối có màu trắng loang lỗ xù xì Để loại bỏ lớp bột người ta xoa chuối tay chậu nước chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nước, mẻ cần – phút.Việc chọn hoá chất để họ trở công việc nhằm mục đích: Giảm thời gian thao tác Cải thiện màu sản phẩm Hố chất chọn phải rẽ, khơng độc, khơng gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hưởng tới người thao tác dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử Thơng thường chọn số hố chất phổ biến sau:hỗn hợp dung dịch (NaHSO¬3 HCl) hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 Al2(SO4)3)… Tổ hợp dung dịch hiệu (HCl 0,05 % + Al2(SO4)3) 0,5 % HCl nồng độ không ảnh hưởng xấu đến người sản xuất phương tiện bảo hộ lao động, dễ mua, dễ xử lý, chi phí thấp Có tác dụng thay đổi mơi trường phản ứng hố sinh khơng có lợi sát trùng nhẹ Phèn chua nồng độ có tác dụng sát trùng nhẹ, tăng cường bề mặt cấu trúc cho chuối, không gây vị chát, giá rẽ, dễ sử dụng 1.1.4.3 Hiệu diệt khuẩn tia cực tím Sau sấy khô chuối làm nguội phục hồi trạng thái hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo định (do sấy đến độ ẩm 20%) đóng gói Thời gian thường từ vài đến vài ngày Trong mơi trường khí thông thường không thực nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật Nhiều sở sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm 1.1.4.4 Xác định độ ẩm cân chuối sấy Độ ẩm cân chuối sấy hàm lượng nước mơi trưòng xác định (t φ xác định khơng khí) mà khơng xẩy q trình nhã nước (bốc hơi) hay hút nước (hấp thụ) mơi trường Chuối sau sấy đến độ ẩm độ ẩm cân thường 15 ÷ 20% sau vài đến vài ngày để ngồi khơng khí tăng hàm lượng ẩm tới độ ẩm cân Xác định độ ẩm cân chuối sấy nhằm chọn độ ẩm có lợi kết thúc sấy đề cách xử lý đóng gói, bảo quản phù hợp Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm 25 % tốt 20 ÷ 22 % NIÊN KHĨA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Do sau sấy khô nên quạt nguội lựa chọn đóng gói ngay, khơng nên để ngồi khơng khí lâu làm cho độ ẩm chuối sấy thấp độ ẩm cân Nếu chưa lựa chọn bao gói trữ bao kín để nơi khơ mát để hơm sau xử lý Bao bì cần làm từ vật liệu chống khơng khí ẩm qua dán kín 1.1.5 Các tiêu chất lượng chuối sấy xuất 1.1.5.1 Chỉ têu cảm quan - Trạng thái : Mềm dẽo, đàn hồi, không quánh, chắc, cứng, sượng - Màu sắc : Từ nâu đến vàng , tương đối đồng túi, không thâm đen, nâu xỉn, nâu đỏ, không loang lổ - Mùi vị :Vị mùi đặc trưng chuối sấy, không chát hay chua lên men 1.1.5.2 Chỉ tiêu lý hố Kích thước : Loại ngun dài không cm - Độ ẩm : 20 ÷ 22 % 1.1.5.3 Chỉ tiêu vi sinh vật trùng Lượng vi sinh vật tính số tế bào/g sản phẩm 1.1.6 Công nghệ sấy chuối Ta lựa chọn công nghệ sấy công nghệ sấy hầm phù hợp với tính chất vật liệu sấy yêu cầu suất không lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm hợp lý yêu cầu công nghệ với hiệu kinh tế, với tác nhân sấy khơng khí gia nhiệt nhờ qua Calorifer dạng khí – khơng khí có nhiệt độ vào khoảng 80 – 95 oC, quạt thổi cưỡng vào hầm sấy Vận tốc dòng khơng khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm đơn vị thời gian Yêu cầu chuối nhiên liệu: Chuối phát triển đầy đủ, tươi tốt, nguyên vẹn, Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng tồn trái đến vàng có chấm nâu Ruột chuối mềm chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, khơng chát QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ: Chuối ngun liệu ( thu hoạch) Phân loại bóc vỏ rửa hóa chất(lần cắt 1) lát rửa lần NIÊN KHÓA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC sấy phân xử loại lý đèn đóng tia tử ngoại (nếu có) gói bảo quản Thuyết minh quy trình: Chuối ngun liệu đem rửa sạch, bóc vỏ, cắt đầu rửa lại lau nhẹ để làm lớp vỏ dính lại lớp ngồi ruột Sau đem xử lý hóa chất ngâm vào dung dịch canxi clorua (2÷4%), natri cacbonat (5%) hiệu sunfit hóa phương pháp khơ phương pháp ướt Khi sunfit hóa, người ta nhúng ruột chuối vào dung dịch có hàm lượng SO2 tự (0,2 ÷ 1)% (5÷20)phút Sau xử lý hóa chất chuối cho vào máy cắt lát xếp vào khay tre nhôm đưa vào thiết bị sấy hầm buồng Sấy nhiệt độ 80 – 95oC độ ẩm chuối giảm xuống 10 – 12% Sau sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ cá thể không đạt chất lượng (do 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 cáctơng có đặc tính nhẹ, rẻ, tái sinh, thấm thấm khí, khơng 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 nhệt (PVC,PET) Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa khơ gồm màng chất dẻo kết hợp nhiều màng 1.1.7.Mục đích sấy: Làm cho liệu sấy thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa bột, cá khơ, thịt khơ Mục đích trình sấy làm giảm hàm lượng ẩm vật liệu , hàm lượng chất khô vật liệu tăng , nhằm làm tăng tính bền vững bảo quản ( nông sản thực phẩm ) , tăng độ bền học ( gốm sứ ) , nâng cao nhiệt lượng cháy ( củi, than ) Đồng thời làm giảm giá thành vận chuyển Đối tượng trình sấy , phương pháp cung cấp nhiệt cho vật liệu trình sấy đa dạng Do lựa chọn phương án , thiết bị tối ưu để đạt hiệu sấy cao Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng ( nhiệt ) để biến đổi trạng thái pha lỏng ( nước ) vật liệu thành Đây q trình khơng ổn định , độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian NIÊN KHÓA 2011- 2014 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC 1.2.Vật liệu sấy 1.2.1 Cây chuối thuộc Scitaminales, họ Musaceae, họ phụ Musoidae Cây chuối dùng ăn tươi thuộc nhóm Musa sapientum Chuối loại nhiệt đới trồng khắp Ấn Độ, nam Trung Quốc, Malysia, Việt Nam… Các loại chuối Chuối có nhiều loại có Chuối tiêu ( gọi - Chuối goòng ( gọi chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) - Chuối bom Còn có loại chuối khác như: NIÊN KHÓA 2011- 2014 Việt Nam loại chính: chuối già ) ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Chuối lùn Chuối tiêu hồng Chuối laba NIÊN KHĨA 2011- 2014 10 ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC - Cân nhiệt IC.LC = IA LA + IB LB(1-13) Thế (a) vào (b), (c) trừ theo vế ta có : (IA - IC).LA = (IC - IB).LB (dA - dC).LA = (dC - dB).LB IA−ICdA−dC=IC−IBdC−dB(1-14)hay : IA−ICIC−IB=dA−dCdC−dB=LBLA(1-15)Từ biểu thức ta rút ra: - Phương trình (1-14) phương trình đường thẳng AC BC, đường thẳng có hệ số góc tia chung điểm C nên ba điểm A, B, C thẳng hàng Điểm C nằm đoạn AB - Theo phương trình (1-15) suy điểm C nằm AB chia đoạn AB theo tỷ lệ LB/LA (1-16) IC=IA.LALC+IB.LBLCTrạng thái C xác định sau : dC=dA.LALC+dB.LBLC 3.2.2 KHĨI LỊ *Khái niệm: Khói lò lấy từ việc đốt loại nhiên liệu chủ yếu than đá, loại củi, dầu * Ưu- Nhược điểm Ưu điểm: - Có thể điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy phạm vi lớn(50-900oC) - Cấu trúc hệ thống sấy đơn giản - Ít tiêu hao điện năng, vốn đầu tư thấp - Hiệu sử dụng nhiệt cao Nhược điểm: Gây bụi bẩn cho sản phẩm thiết bị Có thể gây hỏa hoạn, xảy phản ứng hóa học ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm Phạm vi ứng dung: Thường dùng để sấy sản phẩm gỗ bút chì, que diêm, vật liệu xây dựng, đồ gốm sứ số loại hạt nông sản CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC CHO THIẾT BỊ SẤY 4.1 Xác định kích thước thiết bị sấy (khay sấy, xe goòng, hầm sấy) Để đáp ứng yêu cầu suất Thiết bị sấy ta lựa chọn hầm sấy Vật liệu sấy chuối tươi chất lên khay khay chất lên xe goòng để đẩy vào hầm sấy Sau sấy xong mở cửa hầm đưa xe gng ngồi NIÊN KHĨA 2011- 2014 32 ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC 4.1.1 Kích thước khay sấy Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy (chuối tươi cắt lát dày khoảng 50mm) Khay sấy chế tạo từ nhơm, tạo hình phương pháp dập nhơm bảng có chiều dày 1mm, kích thước khay sấy 1200x800(mm), tạo gờ mép khoảng 30mm để thuận tiện việc cầm nắm Khối lượng khay sấy tính khoảng 3,5kg/khay Diện tích phần khay cho phép chất tải lên là:  740 x 1140 = 0,74(m) x 1,14(m) =0,8436(m ) 0,85(m ) Với kích thước ta chất vật liệu sấy (chuối tươi) thành lớp lên bề mặt lưới thép khay cho phép chất lên từ 20-25 lát tươi, với trọng lượng miếng chuối tươi từ 400g trở lên khay cho phép chứa từ 8-10kg Để tính trung bình ta lựa chọn kh cho phép chất lên 10kg Do với yêu cầu suất sấy tổng thời gian làm việc 1h ngày nên số khay cần chế tạo là:100 khay 4.1.2 Kích thước xe gng Xe gng chế tạo từ khung Inox khơng gỉ, Inox rỗng có tiết diện 25x25, dày 1,5mm hàn lại với Trên xe đặt 10 khay, khay chứa 10kg vật liệu sấy, khây xếp tầng khay đặt cách với khoảng cách 100mm để đảm bảo lưu thông tác nhân sấy (khơng khí nóng) dễ dàng, chân xe có bố trí bánh xe để trượt ray lắp bên hầm sấy Xe gng chế tạo có kích thước: LxWxH(Leng x Width x High)=850x1250x1350mm Kích thước xe goòng phù hợp với điều kiện gia công chế độ làm việc công nhân Với kết cấu khối lượng xe vào khoảng 28kg Trên xe goòng cho phép đặt 10 khay sấy, khay chứa 10kg Do khối lượng VLS xe là: 100kg Với thời gian sấy 1h Do để sấy hết 1tấn số xe gng cần thiết là: 10 xe 4.2 Kích thước hầm sấy Hầm sấy xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi việc di chuyển xe goòng, thuận tiện cho việc đẩy xe vào kéo xe khỏi hầm sấy Hầm sấy xây dựng theo kích thước sơ sau: a) Chiều rộng hầm sấy Chiều rộng hầm phụ thuộc vào chiều rộng xe gng Ta lấy dư phía mép trái mép phải xe 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy dễ dàng: Bh=Bx+100=850+100=950(mm) b) Chiều cao hầm sấy Chiều cao hầm phụ thuộc vào chiều cao xe goòng Ta lấy dư phía mép xe 50mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy dễ NIÊN KHÓA 2011- 2014 33 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC dàng: Hh=Hx+50=1350+50=1400(mm) c) Chiều dài hầm sấy : Chiều dài hầm phụ thuộc vào chiều dài số lượng xe goòng làm việc hầm Ta lấy dư phía cửa vào cửa phía 1000mm giúp cho việc đẩy xe gng kéo khỏi hầm thuận lợi: n Lh= Z Lx +2Lbs=10x1250+2x1000=14,5(m) Trong hệ thống sấy ta bố trí kênh dẫn gió nóng(nhiệt độ ), kênh dẫn gió thải kênh dẫn gió hồi Các kênh xây dựng với chiều rộng hợp lý giúp cho việc lắp đặt thiết bị, vận hành bảo dưỡng thuận tiện Với kết cấu xây dựng hợp lí, tốc độ tác nhân sấy nóng kênh dẫn vào khoảng 2,5m/s Tốc độ hợp lý để giảm tổn thất áp suất cho quạt Trên hầm có lắp ray để xe gng di chuyển tự dọc theo hẩm sấy CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN NHIỆT 5.1 Q trình sấy lý thuyết 5.1.1 Các thơng số khơng khí hệ thống sấy 5.1.1.1 Thơng số khơng khí ngồi trời o Với thơng số khơng khí trời cho t o=28 C, φo=70% ta xác định thơng số lại khơng khí sau: o • Phân áp suất nước nhiệt độ to =28 C 4026 12  po =exp = 235,5  28 0.7 x0.037 • Độ chứa khơng khí:do=0.622x =0.016(Kg/Kg.KK)  0.7 x0.037 [ ] 0,037(bar) • Entanpy khơng khí: Io=28+0.016(2500+1.84x28)=68.8(KJ/Kg) 5.1.1.2 Thơng số khơng khí trước thiết bị sấy • Nhiệt độ khơng khí khí thổi vào buồng sấy là: t1=80oC • Độ chứa khơng khí: d1 =d0 =0.016(Kg/Kg.KK) 0.016 x1 • Độ ẩm tương đối: φ1= (0.016  0.622) x0.47 =5% 4026 • Phân áp suất nước: p1=exp[12  235.5  80 ]=0.47(bar) • Entanpy khơng khí trước thiết bị sấy: I1=80+0.016(2500+1.84x80)=122.4(KJ/Kg) 5.1.1.3 Thơng số khơng khí sau thiết bị sấy (thơng số khơng khí thải ngồi khơng khí hồi lưu buồng hòa trộn) o Với nhiệt độ khơng khí khí thổi vào buồng sấy là: t1=80 C • Nhiệt độ khơng khí khỏi buồng sấy t2=50oC NIÊN KHĨA 2011- 2014 34 ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC • Entanpy khơng khí sau thiết bị sấy: I2=I1=122.4(KJ/Kg) 4026 • Phân áp suất nước: p2=exp[12  235.5  50 ]=0.12(bar) I  t2 122.4  50  =0.028(Kg/Kg.KK) 2500  1.84 xt 2500  1.84 x50 0.028 x1 • Độ ẩm tương đối: φ2= (0.028  0.622) x0.12 =36% • Độ chứa nước: d2= Hệ số hồi lưu: n=1 5.1.1.4 Thơng số khơng khí sau buồng hòa trộn Khơng khí sau buồng hòa trộn trạng thái điểm (M) có: • Độ chứa khơng khí sau buồng hòa trộn là:d m=d2=0,028(Kg/Kg.KK) • Entanpi khơng khí sau buồng hòa trộn là:Im=38,5+0,028(2500+1,84x38,5)=110,5(KJ/Kg) • Nhiệt độ khơng khí sau buồng hòa trộn là: t m =38,5oC 4026 • Phân áp suất bão hòa nước sau buồng hòa trộn: p m=exp[12  235,5  38,5 ]=0,067(bar) 0,028 • Độ ẩm tương đối khơng khí sau buồng hòa trộn là: φm= (0,028  0,622)0,067 =64,3% 5.1.2 Lưu lượng khơng khí khơ 5.1.2.1 Thể tích khơng khí lưu chuyển qua bị lưu lượng thiết sấy Lượng khơng khí khô cần thiết để bốc 1kg ẩm: l o= lý thuyết 1 = 0,028  0,016 d  =83,3(KgKK/Kg ẩm) Lưu lượng khơng khí khơ lý thuyết lưu chuyển thiết bị sấy là: Lo=W.lo=770x83,3=64140(KgKK/h) Với nhiệt độ trung bình dòng khí lưu chuyển thiết bị sấy là: ttb= 0,5.(80 + 50) =65oC => vtb = 1,044(m3/KgKK) Do đó, thể tích khơng khí lưu chuyển qua bị lưu lượng thiết sấy là: Vlt=Lo.vtb=64140x1,044=66960(m3/h 5.2.QUÁ TRÌNH SẤY THỰC Khi vận hành làm việc hầm sấy tốn thất HST bao gồm tổn thất sau: 5.2.1.Tổn thất vật liệu sấy mang đi: Qv [kJ/h]; qv [kJ/kg_ẩm] Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống với sản phẩm sấy nơng sản thực phẩm sản phẩm sấy (SPS) khỏi thiết bị sấy (TBS) có nhiệt độ thấp nhiệt độ TNS vào từ 5÷10OC Do đó, VLS có nhiệt độ t ”sps=80oC – 10oC =70oC NIÊN KHÓA 2011- 2014 35 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Nhiệt độ VLS vào nhiệt môi trường t ’sps=28oC Nhiệt dung riêng Chuối Cvl=1,0269 kJ/kg.K, Nhiệt dung riêng nước 4,18kJ/kg.K với sản phẩm đầu Chuối khơ có độ ẩm W2=12%: Nhiệt dung riêng VLS:Cvk=1,0269(KJ/Kg.K) Nhiệt dung riêng VLS khỏi hầm sấy: Cv2=Cvk(1-w2)+Cn.w2=1,0269(1-0,12)+4,18x0,12=1,41(KJ/Kg.K) Tổn thất vật liệu sấy mang đi:Qv=G2Cv2(tv2-tv1)=230x1,41(70-28)=13620,6 [kJ/h]; qv =Qv/W=13620,6/770=17,7[kJ/kg_ẩm] 5.2.2.Tổn thất thiết bị truyền tải (khay sấy, xe goòng): Tổn thất xe goòng Qxg = n.Gx.Cx (tx  tx1) =10x28x0,5x(70-28)=5880[kJ/h]; t qxg =Qx/W=5880/770=7,64[kJ/kg_ẩm] Tổn thất khay sấy Qk = 10.n.Gk Ck (tk  tk1) =10x10x3,5x0,86x(70-28)=12642[kJ/h]; t Qk =Qk/W=12642/770=16,4[kJ/kg_ẩm] Tổn thất thiết bị truyền tải Qtbtt=Qxg+Qk=5880+12642=18522[kJ/h]; qtbtt=Qtbtt/w=18522/770=24,1[kJ/kg_ẩm] 5.2.3.Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che q mt:[kJ/kg_ẩm] Với kết cấu xây dựng hầm sấy thiết kế ta có:chiều dài khay Lk chiều rộng xe Lx chiều cao khay sấy Hk lấy 100mm thìu tiế diện tự hầm sấy Ftd=(Bh.Hh-10Lk.Hk)=(0,95x1,4-10x1,2x0,1)=0,13(m2) Sau tính tốn q trình sấy lý thuyết ta xác đinh lưu lượng tác nhân sấy qua hầm là: V lt = 66960 m3/h = 18,6 m3/s, nhiên trình sấy thực lượng TNS phải lớn để bù lại tổn thất Do đó, tốc độ TNS tối thiểu hầm sấy V tt=2(m3/s) Tổn thất kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng hầm sấy bao gồm thành phần sau: • Tổn thất qua tường bên: Qt • Tổn thất qua trần: Qtr • Tổn thất qua nền: Qn • Tổn thất qua cửa vào hầm: Qc Do đó, Qmt = Qt + Qtr + Qn + Qc 5.2.3.1.Tổn thất qua tường bên: Qt Vì lưu lượng tác nhân sấy tối thiểu trình sấy thực phải lớn lưu lượng tác nhân sấy trình sấy lý thuyết nên tốc độ tác nhân sấy giả thiết để tính tốn tổn thất phải lớn vlt Giả sử ta lấy v = 1,2 m/s NIÊN KHÓA 2011- 2014 36 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Ta có: α1= 6,15 + 4,17v = 6,15 + 4,17 × 1,2 = 11,154 W/m độ Bằng phương pháp lặp giả thuyết trước nhiệt độ tường phía t w1 tính dòng nhiệt q truyền qua tường Từ dòng nhiệt ta tìm nhiệt độ mặt truyền nhiệt đối lưu tác nhân với tường q’ dòng nhiệt truyền từ mặt ngồi tường vào môi trường q” sai khác không q 10% kết tính tốn chấp nhận o Ta giả thiết tw1 = 59,5 C Ta có: q’ = α1(ttb− tw1) Vậy q’= 11,154(65 – 59,5) = 61,347 W/m2 Nhiệt độ mặt tường tw2, theo hệ định luật Furier ta có: Ở λ1 hệ số dẫn nhiệt gạch, λ 1= 0,77 W/m2.độ δ1 bề dày tường δ1= 0,2m Như độ chênh lệch nhiệt độ Δt = t w2 – to = 43,56 – 28 = 15,56 oC Từ nhiệt độ tm = 36,3 ta có: -2 λ1= 2,73.10 W/m.độ -6 ν= 16,48 10 m2/s Pr= 0,7 Do đó, chuẩn số Gratkov:β – hệ số giãn nở thể tích: g – gia tốc trọng trường g = 9,81m/s l = HΣ chiều cao phủ bì, HΣ + δ tr + δbông = 1,89 + 0,15 + 0,1= 2,14m Chuẩn số Nuyxen: Nu = C(Gr.Pr)n Hệ số C n phụ thuộc vào tích số Gr.Pr Gr.Pr = 2,02x1010x 0,7 = 1,417.1010 > 107 (chế độ xoáy) Nên ta xác định C=0,135; n = 0,33 Nu = 0,135(Gr.Pr)0,33 = 0,135(1,417.1010)0,33 = 302,2 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngồi tường vào mơi trường: q”= α2 (tw2 – to) = 3,855(43,56-28)=59,98 W/m2 Sai số q’ q”: Với qmax=q”=59,98W/m2 Sai số nằm phạm vi cho phép Tường bên có kích thước là: Ft=(Hh.Lh).2= (1,4x14,5).2=40,6m2 Tường xây gạch dày δt=200mm=0,2m, có hệ số dẫn nhiệt λt=0,77 W/m.độ Ta xác định được: Do tổn thất qua tường bên Qt bằng: Qt= Ft.kt(ttb – to) =40,6x1,79(65 28) = 2688,94 W 5.2.3.2 Tổn thất qua trần Qtr NIÊN KHÓA 2011- 2014 37 ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Trần có kích thước Ftr= Bh.Lh = 0,95.14,5= 13,78 m2 Trần đổ bê tông cốt thép dày δ2 = 150mm = 0,15m bọc thêm lớp thủy tinh cách nhiệt có bề dày δ3 = 100mm = 0,1m ta có hệ số dẫn nhiệt bê tơng cốt thép thủy tinh cách nhiệt lầm lượt là: λ2=1,55 W/m.độ λ3=0,06 W/m.độ Ta xác định được: Do tổn thất qua trần Qtr Qtr= Ftr.ktr(ttb – to) =13,78.0,5(65 28) = 254,93W 4.5.3.3 Tổn thất qua nền: Qn Nền có kích thước F n= Bh.Lh = 0,95x14,5= 13,78 m2 Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy 65 oC giả sử phòng sấy cách tường bao che phân xưởng mét, ta có: qn= 40W/m Do tổn thất qua bằng: Qn= Fn.qn=13,78x40=551,2W 5.2.3.3.Tổn thất qua cửa vào hầm sấy: Q c Ở phía đầu vào hầm sây có lắp cửa với kích thước: 1300×1850(mm) Nên diện tích cửa là: Fc= 2×(1,85.1,3)=4,81 m2 Cửa làm thép dày δc = 10mm = 0,01m, ta có hệ số dẫn nhiệt cửa là: λc = 0,5 W/m.độ Ta xác định được: Do Q c= Fc.qc=4,81x3,147.(65 – 28) = 560,1W Như tổng tổn thất nhiệt hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: Qmt = Qt+Qtr+Qn+Qc= 13620,6+18522+2688,94+254,93+551,2+560,1=36197,47W = 36197,47×3,6 kJ/h = 130310,89 kJ/h Vì tổng tổn thất hệ thống sấy là: ∆= Ca.to – qv1 – qtbtt – qmt Với Ca.to – thành phần nhiệt vật lý TNS đưa vào, thay vào ta có tổng tổn thất hệ thống sấy là: ∆= 4,18x28 – 17,7– 24,1 – 169,2= -93,96kJ/kg_ẩm o Với tv1 = to = 28 C CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER - CHỌN QUẠT 6.1 Tính tốn thiết kế calorifer Với lượng cung cấp nước bão hòa ta thiết kế calorife kiểu khí ống cánh Với nước bão hòa ngưng ống TNS khơng khí nóng chuyển động bên chùm ống nhận nhiệt để đạt nhiệt độ yêu cầu 6.1.1 Các thông số yêu cầu để thiết kế calorifer Với yêu cầu HTS cần nâng nhiệt độ tác nhân sấy sau điểm hòa trộn M từ lên đến , để đảm bảo yêu cầu đặt ta chọn nhiệt độ bão hòa Do nhiệt độ ngưng tụ là: NIÊN KHÓA 2011- 2014 38 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Áp suất ngưng tụ là: Với công suất nhiệt calorifer u cầu q trình tính tốn sấy thực ta có Coi hiệu suất calorifer 90%(10% lại tổn thất bám bụi, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn… ), công suất nhiệt mà nước cần truyền cho TNS là: Nhiệt ẩm ngưng tụ nước nhiệt độ ngưng r=2257kJ/kg Lượng vào calorifer yêu cầu là: 6.1.2 a) Tính Chọn ống , Chọn Cánh Chiều Tính diện ống tốn tích trao thép thiết đổi nhiệt dẫn kế F hõi xếp so le với ống bước bước ống dọc cánh ðýợc làm từ làm đồng có hệ số dẫn dày cánh lấy Đường kính cánh Bước calorifer: calorifer: có ngang ðồng nhiệt cánh Nhiệt độ làm việc cho phép tối đa cánh đồng 250oC (phần 3, trang 36, [3]) Do cánh làm từ đồng nên ứng suất cho phép ống tính theo cơng thức sau: (cơng thức – 4, trang 13, [4]) (công thức – 3, trang 13, [4]) Hệ số an toàn là: ; ; ; (bảng 1-6, trang 15, [4]) Hệ số hiệu chỉnh kiểm tra độ bền là: (công thức – 9, trang 17, [4]) Lấy Giới hạn nóng chảy (bảng 2-17, trang 38, [4]) Vậy Hệ số mối hàn cánh ống là: φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [4]) Ta cần xác ðịnh diện tích bề mặt ngồi ống có cánh Với Do tỷ số : Vì ta phải tính độ chênh nhiệt độ trung bình logarit sau: NIÊN KHĨA 2011- 2014 39 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngồi có cánh tính bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống ( là: Trong hệ số làm cánh, với cánh tròn xác định qua biểu thức: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngưng với bề mặt ống xác định qua biểu thức sau: Với nước bảo hòa ngưng nhiệt độ Ta có thơng số vật lý nước ngưng bão hòa sau: , r = 225kJ/kg, :Là độ chênh nhiệt độ ngưng với nhiệt độ vách ống, lớn nên nhỏ Ta giả thiết (sau ta phải kiểm tra lại giả thiết này) Có: :Hệ số tỏa nhiệt khơng khí bên ngồi ống tính qua biểu thức Với hệ số tỏa nhiệt khơng khí với cánh, xác định qua biểu thức: • • Do ống Tiêu bố trí chuẩn so le nên Reynoild hệ số C lấy xác định C=0,45 qua: Tốc độ khơng khí khe hẹp cánh xác định qua biểu thức: Tốc ðộ Thay TNS (không vào Với nhiệt Ta tra độ khí) ta ði xác vào calorifer định được: trung bình khơng khí qua calorifer : thơng số vật lý khơng khí sau: Do vậy: • : Là diện tích bề mặt ống trơn khơng cánh với chiều dài 0,6m: Số cánh chiều NIÊN KHÓA 2011- 2014 dài 0,6m ống là: 40 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY Diện tích phần GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC ống trơn Diện khơng phủ cánh là: tích cánh: Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ống với dòng khơng khí chuyển động cắt ngang qua là: Vì hệ số tỏa nhiệt khơng khí với cánh là: Là hệ số hiệu làm cánh: Tỷ số: Hiệu suất cánh tra tích Tra Ta kiểm lại giả thị theo số ta tra đồ thuyết phải với: Do thỏa mãn vậy: coi nên ta có: (sai lệch so với không nhiều nên ta chấp nhận kết này) Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngồi có cánh tính bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống ( là: Khi kể tới bám bụi bẩn cánh đóng cặn nước bên ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn là: Do Diện tích diện trao tích đổi trao đổi nhiệt nhiệt bề bề mặt mặt cánh là: ống là: b) Tính thiết kế kích thước hình học Calorifer: Với chiều cao ống hay chiều dài ống chọn H = l = 0,6m ta có tổng số ống n là: Với số ống 227 ống xếp thiết bị hình trụ tròn nên xếp vỉ ống hình chữ nhật với chiều dài 16 ống chiều rộng 15 ống Kích thýớc hình học vỉ hình chử nhật NIÊN KHĨA 2011- 2014 41 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT SẤY GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC Dài =D= 16.49=784 mm Rộng =R= 15.49=735 mm Thân thiết bị hình tròn có tâm nằm giao đường chéo vỉ hình chử nhật nên tính đường kính hình tròn 1060mm Tính chiều dài thân thiết bị: Dt = 1060 mm; Hống = 600 mm Ứng suất (Hình Ứng suất Bề cho cho dày phép 1-1, phép là: tiêu (công tối chuẩn thức thiểu trang – thép 9, CT3 trang có: 15,[4]) 17, [4]) thân là: (công thức 5-3, trang 96, [4]) Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thước C0 = 0,8mm Tổng hệ số bổ sung với Cc = là: (công Bề thức dày thực Kiểm (công Kiểm 1-10, tra tra thức áp suất trang thân 20, thiết bị điều 5-12, cho trang phép [4]) : kiện: 97, thân thiết [4]) bị: (công thức 5-11, trang 97, [4]) Vậy bề dày thân 2mm Do thiết bị làm việc áp suất khí điều kiện làm việc bình thường nên ta lấy bề dày thân, nắp và 2mm c) Tính tốn tổn thất áp suất (trở lực) dòng khơng khí(TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer: Trở lực khơng khí bao gồm trở lực ma sát trở lực cục tính gần theo quan hệ sau: Trong đó: Z: Số hàng ống,ở Z = 15 Tốc độ dòng khơng khí qua khe hẹp Calorifer, 7m/s Khối lượng riêng khơng khí, Hệ số trở lực, với chùm ống sole xác định gần qua biểu thức sau: NIÊN KHĨA 2011- 2014 42 ĐỒ ÁN MƠN KỸ THUẬT SẤY Thay GVHD: NGUYỄN VĂN BẮC vào ta có: 6.2 Quạt Quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dòng khí qua thiết bị: calorifer, máy sấy, đường ống, cyclon Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dòng khí áp suật động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực đường ống vận chuyển Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy 6.2.1 Tính trở lực: 6.2.1.1 Trở lực từ miệng quạt đến calorifer Chọn ống nối từ quạt đến caloriphe có đường kính 0,38 m, dài 2m -Vận tốc khí ống là: Ta F L Vậy có Chuẩn (kg/m3) = = tM ( 12937,78 số Reynol = 38,70C m2) (Kg/h) : (công thức II.4, trang 359, [9]) => khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy[9] -Chuyển động chảy xoáy chia làm khu vực: +Vùng 1: nhẵn thuỷ lực học; khu vực độ nhám không ảnh hưởng đến hệ số ma sát (công thức II.60, trang 378, [9]) =10 : độ nhám tuyệt đối ống (bảng II.15, trang 381, [9]) +Khu vực 2: khu vực nhám; khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào chuẩn số Reynol: Vậy Regh10 :Vậy khơng khí chuyển Tỉ Tra [9] (trang Vậy trở lực đột (N/m2) 6.2.1.5 Trở lực đường ống dẩn không Chọn đường ống Đường kính ống d Tính tốn giống ống từ miệng Regh