[123doc.vn] - 94649734 Say Chuoi Say Ham Hoan Chinh

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHUỐI BẰNG HẦM SẤY

Sinh viên thực hiện: TRẦN THỊ THU HIỀN

Bộ Môn: Công Nghệ Sinh Học

Giáo viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Thị Xuân Mai

Tháng 5 năm 2012 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 1

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Thị Dung MSSV: 108002516 Nguyễn Thị Hiền

MSSV: 108002343

Trần Thu Thu Hiền MSSV: 108003357 Khóa:

2008

Khoa: CNSH-MT

Ngành: Công Nghệ Sinh Học

1. Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống sấy chuối 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: 

Độ ẩm ban đầu 80%, độ ẩm sản phẩm khô 12%



Năng suất nhập liệu: 4tấn /20h



Không khí bên ngoài: 27oC và độ ẩm 79%



Chế độ sấy: nhiệt độ tác nhân vào 80 oC, thời gian sấy trong 8 giờ



Nguồn cung cấp năng lƣợng: Hơi nƣớc bão hòa

3. Nội dung thuyết minh và tính toán: 

Tổng quan



Quy trình công nghệ



Tính toán sơ bộ



Thiết kế chế tạo hầm sấy



Tính thiết bị phụ

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ): 

Bản vẽ quy trình công nghệ.



Các bản vẽ chi tiết.

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Xuân Mai 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/3/2012 7. Ngày hoàn thành đồ án: 18/5/2012 Biên Hòa, ngày 18 tháng 5 năm 2012 Chủ nhiệm bộ môn

Giảng viên hƣớng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành đồ án và nộp đồ án QT-TB ngày…….tháng……năm 2012 Cán bộ phản biện

GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 2


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ............................................................................................................................ ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ............................................................................................................................ .....................................................................................................................................


Trang 3

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nƣớc ta đã đạt đƣợc nhiều thành tựu to lớn. Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nƣớc ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm của nó. Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong đó, công nghệ sấy là khâu quan trong trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản nông sản. Sấy là một quá trình công nghệ đƣợc sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Quá trình sấy không chi là quá trình tách nƣớc và hơi nƣớc 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 lƣợng cao, tiêu tốn năng lƣợng ít và chi phí vận hành thấp. Để thực hiện quá trình sấy ngƣời ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị nhƣ 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 nhƣ 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. Hầm sấy là một trong những hệ thống sấy đối lƣu thông dụng nhất. Nếu hệ thống sấy hầm là hệ thống sấy từng mẻ, năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lƣu tự nhiên hoặc cƣỡng bức thì hệ thống sấy hầm có năng suất lớn hơn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục và luôn luôn là hệ thống sấy đối lƣu cƣỡng bức. Sấy nông sản là một quy trình công nghệ phức tạp. Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khác nhau. Ứng với một loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt năng suất cao, chất lƣợng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lƣợng. Trong đồ án này, em đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là quả chuối chín. Với nhiệm vụ đó, em lựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí đƣợc gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào. Hệ thống nàu đƣợc lắp đặt tại thành phố Biên Hòa với nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình trong năm là t = 27,3oC; φ = 79%[10]. Đây là lần thiết kế đồ án sấy đầu tiên nên trong quá trình thiết kế còn nhiều bất cập lý thuyết, và kiến thức còn hạn chế, kính mong quý thầy cô thông cảm và tận GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 4

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối tình giúp đỡ. Nhân tiện đây em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Xuân Mai đã tận tình hƣớng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. Biên Hòa, ngày 18 tháng 5 năm 2012 Ngƣời thiết kế


Trang 5


MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH .........................................................................................9 DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................9 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI ...........................10 1.1. Các loại chuối chính ở Việt Nam ..........................................................10 1.2. Đặc điểm cơ bản của chuối ...................................................................10 1.3. Giá trị dinh dƣỡng của quả chuối ..........................................................11 1.4. Công dụng của chuối .............................................................................11 1.5. Tính chất vật lý cơ bản của chuối..........................................................12 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY CHUỐI ..........................13 2.1. Bản chất của quá trình sấy.....................................................................13 2.2. Phân loại quá trình sấy ..........................................................................13 2.3. Nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy chuối .........................................14 2.4. Công nghệ sấy chuối .............................................................................15 2.4.1 Độ chính của chuối nguyên liệu ..............................................................15 2.4.2. Hỗ trở việc rửa bột chuối bằng hoá chất ................................................16 2.4.3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím .......................................................16 2.4.4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy ................................................16 2.4.5. Các chỉ tiêu chất lƣợng của chuối sấy xuất khẩu ...................................17 2.5 Công nghệ sấy chuối quả........................................................................17 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP, DẠNG VÀ CHẾ ĐỘ SẤY ...........................................................................................................................20 3.1. Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế ......................................................20 3.1.1. Lƣợng ẩm cần bay hơi tính theo giờ ......................................................20 3.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp sấy ....................................................................20 3.2. Chọn chế độ sấy ........................................................................................20 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 6

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối 3.3. Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy ............................................................21 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY ....22 4.1 Các thông số của không khí trong hệ thống sấy.....................................22 4.1.1 Thông số của không khí ngoài trời ..........................................................22 4.1.2 Thông số của không khí sau thiết bị sấy ................................................22 4.1.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn ...........................................24 4.1.4 Thông số của không khí sau Calorifer ....................................................25 4.2 Lƣu lƣợng không khí khô lý thuyết ........................................................25 4.2.1 Lƣợng không khí khô lý thuyết lƣu chuyển trong thiết bị sấy ................25 4.2.2 Lƣu lƣợng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào thiết bị sấy ........26 4.3. Các thông sô trạng thái của tác nhân sấy ..............................................26 4.4 Xác định kích thƣớc của thiết bị sấy .....................................................26 4.4.1 Kích thƣớc của khay sấy .........................................................................27 4.4.2 Kích thƣớc của xe goòng .........................................................................27 4.4.3 Kích thƣớc của hầm sấy ......................................................................28 4.5 Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy ............................................29 4.5.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi ....................................................29 3.5.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải .........................................................29 4.5.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che .........................................................30 4.6 Tính toán quá trình sấy thực ...................................................................34 4.6.1 Thông số của không khí sau thiết bị sấy ................................................35 4.6.2 Thông số của không khí sau buồng trộn .................................................35 4.6.3 Thông số không khí sau khi ra khỏi Calorifer ........................................36 4.7 Lƣu lƣợng không khí khô thực tế cần dùng ...........................................37 4.7.1 Lƣợng không khí khô thực tế lƣu chuyển trong thiết bị sấy ...................37


Trang 7

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối 4.7.2 Lƣợng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết .....................37 4.8 Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer .......................38 CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER CHỌN QUẠT ...........................................................................................................40 5.1. Tính toán thiết kế calorifer ....................................................................40 5.1.1 Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế calorifer ...................................40 5.1.2 Tính toán thiết kế calorifer: .....................................................................40 5.2. Quạt .......................................................................................................47 5.2.1. Tính trở lực: ............................................................................................47 5.2.2. Tính chọn quạt: .......................................................................................52 KẾT LUẬN ...............................................................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................55


Trang 8


DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình dạng quả chuối.........................................................................10 Hình 2.1. Chuối sấy thành phẩm ......................................................................19 Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ của hệ thống ......................................................... 21

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của chuối ............................................ 11 Bảng 5.1 Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy...................................................... 39


Trang 9


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI 1.1. Các loại chuối chính ở Việt Nam Chuối có nhiều loại nhƣng có 3 loại chính: - Chuối tiêu ( còn gọi là chuối già ) - Chuối goòng ( còn gọi là chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) - Chuối bom

H nh 1.1. Hình dạng quả chuối http://amthucbonmua.vn/nhung-thong-tin-thu-vi-vequa-chuoi-366.html

1.2. Đặc điểm cơ bản của chuối Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu nhƣ có quanh năm. Chuối có nguồn gốc từ khu vực Malaysia. Loại trái cây này bắt đầu trở nên phổ biến trên thế giới từ thế kỉ 20 và phát triển tốt nhất ở những nơi có khí hậu nhiệt đới. Chúng đƣợc trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng trong ngành công nghiệp dệt và chế tạo giấy. Chúng ta có thể thƣởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp quả khi chín, hoặc có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, chẳng hạn nhƣ các loại bãnh chuối, các món salad hoa quả, bánh nƣớng, các món tráng miệng,... Chuối cũng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau. Khi chín, quả chuối có thể có màu vàng, màu đỏ sẫm, hoặc màu tía (hay màu trứng quốc). Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới. Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối đƣợc gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng đƣợc chia thành nhiều nải, và trên mỗi nải có khoảng từ 10 đến 20 quả . Chuối là một trong những quả rất tốt và GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 10

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối có nhiều công dụng, đặc biệt là chuối chín cây. Khi chín, tinh bột có trong chuối sẽ đƣợc chuyển hóa thành đƣờng tự nhiên, và vì thế chuối chín thƣờng có vị ngọt dịu và thơm. 1.3. Giá trị dinh dƣỡng của quả chuối Thành phần hóa học cơ bản của quả chuối Gồm các chất: Nƣớc Đƣờng Sacaroza

Axit

Tinh

hữu

bột

khử

Prôtit

Axit

Lipit Tanin Vitamin Tro

amin

(mg %)

cơ 76,38

14,18

2,35

0,326 3,298

0,92

0,083

1,13

0,068

0,565

0,7

ảng 2.1. Thành phần hóa học cơ bản của chuối

Chuối chứa một lƣợng lớn protein và hyđrat-cacbon. Trong chuối còn bao một số loại đƣờng khác nhau nhƣ đƣờng glucozo, đƣờng lactoza, đƣờng mantoza, đƣờng galactoze, đƣờng sucrôza (đƣờng mía), đƣờng fructoza, và tinh bột. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin nhƣ Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dƣỡng chất niacin, Vitamin B12 và một số khoáng chất nhƣ sắt, canxi, magiê, photpho, kẽm và florua. Ngoài ra còn có các axit amin thiết yếu nhƣ chất tryptophan, lizin, leuxin, glyxin, khoáng chất acginin… cũng có trong thành phần của chuối. Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lƣợng calo là 100 đến 125 calo. Có thể nói, chuối là một loại quả rất tốt cho sức khỏe và là một loại thực phẩm rất giàu năng lƣợng. 1.4. Công dụng của chuối Chuối đƣợc dùng nhƣ một phƣơng thuốc chữa bệnh rất hiệu quả. Hơn nữa, do chúng có chứa lƣợng đƣờng khá cao nên cũng đƣợc xem nhƣ một loại thực phẩm giàu năng lƣợng. Với những giá trị dinh dƣỡng thiết yếu, loại hoa quả này mang lại một số lợi ích cho sức khỏe. - Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khôi phục chức năng hoạt động của ruột. Chuối cũng giúp ích giảm thiểu bị táo bón. Trong trƣờng hợp bị tiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lƣợng chất điện giải quan trọng, nếu ăn chuối sẽ giúp cơ thể khôi phục lại chất điện giải, vì trong chuối có chứa lƣợng kali cao. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 11

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối - Axit béo có trong chuối xanh giúp nuôi dƣỡng các tế bào niêm mạc dạ dày. Những tế bào này rất có hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh của hệ xƣơng. - Chất amino acid tryptphan có trong chuối sẽ đƣợc chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng trầm cảm và cải thiện tâm trạng. Nhƣ vậy, chuối là một phƣơng thuốc rất tốt nhằm giàm căng thẳng và tình trạng bị stress. - Ăn chuối thƣờng xuyên giúp giảm nguy cơ thoái hóa điểm vàng, một trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở ngƣời cao tuổi. - Do chứa hàm lƣợng kali cao và lƣợng natri thấp, nên chuối chính là sự lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đột quỵ. - Chuối cũng rất giàu các hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, vì thế ăn chuối thƣờng xuyên còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thƣ thận. - Do hàm lƣợng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin trong máu và giảm thiểu bệnh thiếu máu. 1.5. Tính chất vật lý cơ bản của chuối -

Khối lƣợng riêng:  = 977 kg/m3

-

Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 kJ/kg.độ

-

Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,52 W/m.độ

-

Kích thƣớc của quả chuối: Đƣờng kính: 2 – 5 cm

-

Dài :8 – 20 cm

-

Khối lƣợng : 50 – 200 gr

-

Độ ẩm vật liệu sấy:

-

+

Độ ẩm của chuối trƣớc khi đƣa vào sấy: 1 = 75 – 80 %

+

Độ ẩm của chuối sau khi sấy :

2 =15 – 20 %

Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 ÷ 90) 0C


Trang 12


CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY CHUỐI 2.1. Bản chất của quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nƣớc của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trƣờng xung quanh. 2.2. Phân loại quá trình sấy Ngƣời ta phân biệt ra 2 loại:  Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió... Phƣơng pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu.  Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy nhƣ khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó đƣợc hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Nếu phân loại phƣơng pháp sấy nhân tạo, ta có: Phân loại theo phƣơng thức truyền nhiệt:  Phƣơng pháp sấy đối lƣu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lƣu. Đây là phƣơng pháp đƣợc dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt.  Phƣơng pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thƣờng, bức xạ hồng ngoại.  Phƣơng pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt.  Phƣơng pháp sấy bằng điện trƣờng dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trƣờng cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 13

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  Phƣơng pháp sấy thăng hoa: đƣợc thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nƣớc, nƣớc thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa.  Phƣơng pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và đƣợc tháo ra ngoài.  Phƣơng pháp sấy phun: đƣợc dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng.  Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức 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 hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ đƣợc tháo ra.  Sấy liên tục: vật liệu đƣợc cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tƣơng đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:  Loại thổi qua bề mặt.  Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu. 2.3. Nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy chuối Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp ... Sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đƣờng,..) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý. Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu. Hàm lƣợng vitamin trong chuối quả sấy thƣờng thấp hơn trong chuối quả tƣơi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trƣớc khi sấy. Trong các vitamin thì axit ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy hóa. Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 14

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng nhƣ tạo điều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm. Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao. Nhƣng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối quả vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém. Trong môi trƣờng ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60oC thì protein đã bị biến tính; trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy chuối quả thƣờng dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao. Ngoài ra, độ ẩm tƣơng đối của chuối, độ ẩm cân bằng ….. ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình sấy. 2.4. Công nghệ sấy chuối 2.4.1 Độ chính của chuối nguyên liệu Chuối khi thu hái phải đủ già nghĩa, là có thể tự chín. Tuy nhiên để chuối tự chín thì chuối chín chậm và không đồng loạt. Dấm dú là cách để chuối chín đều và nhanh. Độ chín của chuối nguyên liệu là một yếu tố quyết định đến chất lƣợng chuối sấy. Có nhiều cách xác định độ chín, trong đó cách xác định theo màu vỏ là phổ biến nhất. Trong chế biến hoặc ăn tráng miệng chuối thƣờng đƣợc dùng theo 3 độ chín sau đây: - Vỏ vàng hai đầu xanh vị ngọt đậm đà, hơi chát, hơi cứng, chƣa thật thơm, vỏ còn chắc, chuối có hàm lƣợng đƣờng axit cực đại, còn có tinh bột và tanin. - Vỏ vàng hoàn toàn vị ngọt, độ chát giảm, thơm,vỏ dễ bóc. Đƣờng và axit bắt đầu giảm, tinh bột và tamin còn ít. - Vỏ vàng có màu chấm nâu vị ngọt, thơm, không chát, mềm vỏ dễ gãy. Đƣờng, axit hữu cơ giảm, tinh bột hầu nhƣ không còn, tamin còn rất thấp.


Trang 15

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối 2.4.2. Hỗ trở việc rửa bột chuối bằng hoá chất Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không đƣợc loại bỏ sẽ làm chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì. Để loại bỏ lớp bột này ngƣời ta xoa chuối bằng tay trong chậu nƣớc chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nƣớc, mỗi mẻ cần 2 – 3 phút.Việc chọn hoá chất để họ trở công việc này nhằm 2 mục đích: - Giảm thời gian thao tác. - Cải thiện màu sản phẩm. Hoá chất đƣợc chọn phải rẽ, không độc, không gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hƣởng tới ngƣời thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử. Thông thƣờng chọn một số hoá chất phổ biến sau:hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và HCl) hoặc hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và Al2(SO4)3)…. Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là (HCl 0,05 % + Al2(SO4)3) 0,5 % . HCl ở nồng độ trên không ảnh hƣởng xấu đến ngƣời sản xuất và phƣơng tiện bảo hộ lao động, dễ mua, dễ xử lý, chi phí thấp. Có tác dụng thay đổi môi trƣờng các phản ứng hoá sinh không có lợi và sát trùng nhẹ. Phèn chua ở nồng độ trên cũng có tác dụng sát trùng nhẹ, tăng cƣờng bề mặt cấu trúc cho chuối, không gây vị chát, giá rẽ, dễ sử dụng. 2.4.3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím Sau khi sấy khô chuối đƣợc làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo nhất định (do sấy đến độ ẩm dƣới 20%) rồi mới đóng gói. Thời gian này thƣờng từ vài giờ đến vài ngày. Trong môi trƣờng khí quyển thông thƣờng và không thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật. Nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm. 2.4.4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy Độ ẩm cân bằng của chuối sấy là hàm lƣợng nƣớc của nó trong môi trƣòng xác định (t và φ xác định của không khí) mà không xẩy ra quá trình nhã nƣớc (bốc hơi) hay hút nƣớc (hấp thụ) giữa nó và môi trƣờng. Chuối sau khi sấy đến độ ẩm dƣới độ ẩm cân bằng thƣờng là 15 ÷ 20% sau vài giờ đến vài ngày để ngoài không khí sẽ tăng hàm lƣợng ẩm tới độ ẩm cân bằng. Xác


Trang 16

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối định độ ẩm cân bằng của chuối sấy nhằm chọn độ ẩm có lợi khi kết thúc sấy và đề ra cách xử lý đóng gói, bảo quản phù hợp. Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm của nó dƣới 25 % tốt nhất là 20 ÷ 22 %. Do vậy sau khi sấy khô nên quạt nguội và lựa chọn đóng gói ngay, không nên để ngoài không khí lâu sẽ làm cho độ ẩm của chuối sấy thấp hơn độ ẩm cân bằng. Nếu chƣa lựa chọn bao gói ngay thì trữ trong bao kín để nơi khô mát để hôm sau xử lý. Bao bì cần làm từ vật liệu chống không khí ẩm đi qua và dán kín. 2.4.5. Các chỉ tiêu chất lƣợng của chuối sấy xuất khẩu 2.4.5.1. Chỉ têu cảm quan - Trạng thái : Mềm dẽo, đàn hồi, không đƣợc quánh, chắc, cứng, sƣợng. - Màu sắc : Từ nâu đến vàng , tƣơng đối đồng đều trong một túi, không đƣợc thâm đen, nâu xỉn, nâu đỏ, không đƣợc loang lổ. - Mùi vị :Vị ngọt và mùi đặc trƣng của chuối sấy, không đƣợc chát hay chua do lên men. 2.4.5.2. Chỉ tiêu lý hoá - Kích thƣớc : Loại nguyên quả dài không quá 7 cm - Độ ẩm : 20 ÷ 22 % 2.4.5.3. Chỉ tiêu vi sinh vật - côn trùng Lƣợng vi sinh vật tính bằng số tế bào/g sản phẩm 2.5 Công nghệ sấy chuối quả Ta lựa chọn công nghệ sấy là công nghệ sấy hầm vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm là hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí đƣợc gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí – hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 80 – 95oC, đƣợc quạt thổi cƣỡng bức vào hầm sấy. Vận tốc của dòng không khí nóng phụ thuộc vào lƣợng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian. Yêu cầu đối với chuối nhiên liệu: Chuối quả phát triển đầy đủ, tƣơi tốt, nguyên vẹn, sạch sẽ. Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng toàn trái đến vàng có chấm nâu. Ruột chuối mềm nhƣng chƣa nhũ, hƣơng thơm, vị ngọt, không chát. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 17

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Chuối nguyên liệu ( thu hoạch) Phân loại bóc vỏ rửa hóa chất(lần 1) cắt lát rửa lần2 sấy phân loại xử lý đèn tia tử ngoại (nếu có) đóng gói bảo quản Thuyết minh quy trình: Chuối nguyên liệu đem rửa sạch, bóc vỏ, cắt đầu rồi rửa lại và lau nhẹ để làm sạch các lớp trong vỏ quả còn dính lại và lớp ngoài ruột quả. Sau đó đem xử lý hóa chất nhƣ ngâm vào dung dịch canxi clorua (2÷4%), natri cacbonat (5%) nhƣng hiệu quả nhất là sunfit hóa bằng phƣơng pháp khô hoặc bằng phƣơng pháp ƣớt. Khi sunfit hóa, ngƣời ta nhúng ruột chuối vào dung dịch có hàm lƣợng SO2 tự do là (0,2 ÷ 1)% trong (5÷20)phút. Sau khi xử lý bằng hóa chất chuối đƣợc cho vào máy cắt láy rồi xếp vào các khay tre hoặc nhôm và đƣa vào thiết bị sấy hầm hoặc buồng. Sấy ở nhiệt độ 80 – 95oC cho đến khi độ ẩm của chuối giảm xuống còn 10 – 12%. Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lƣợng (do cháy hoặc chƣa đạt độ ẩm yêu cầu). Dạng vật liệu GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 18

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối thƣờng dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy cáctông và chất dẻo (PE, PVC, xenlophan…). Bao giấy và hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, có thể tái sinh, nhƣng thấm hơi thấm khí, không đều dƣới tác dụng của nƣớc và cơ học. Bao túi chất dẻo có đặc tính trong suốt, đàn hồi, dể dàng kín bằng nhiệt, chi phí thấp nhƣng có một số bị thấm nƣớc, thấm khí (PE), chịu nhệt kém (PVC,PET). Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một màng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng.

H nh 2.1. Chuối sấy thành phẩm (http://www.hoaphatfood.vn/13-chuoi-say.html)


Trang 19


CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP, DẠNG VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 3.1. Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế 3.1.1. Lƣợng ẩm cần bay hơi tính theo giờ Với nguyên liệu là quả chuối đƣa vào hệ thống sấy có độ ẩm W1 = 80% và yêu cầu của sản phẩm sấy đầu ra có độ ẩm là W2 = 12%. Với thời lƣợng làm việc của một ngày là 20 tiếng (bao gồm tất cả các việc nhƣ (tháo và chất tải…). Do đó trong 1h thì lƣợng nguyên liệu đƣa vào là: tấn/20h Do vậy năng suất sản phẩm (VLK) tính theo giờ là:

Lƣợng ẩm cần bay hơi trong giờ là:

3.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp sấy Do sản phẩm sấy là chuối quả và đƣợc dùng làm thực phẩm cho con ngƣời nên phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Do đó ta sử dụng phƣơng pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy. Với yêu cầu và đặc tính của loại vật liệu sấy là chuối và năng suất sấy không quá lớn chỉ dùng ở mức trung bình nên ta lựa chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lƣu cƣỡng bức dùng quạt thổi. Không khí ngoài trời đƣợc lọc sơ bộ rồi qua Calorifer khí – hơi. Không khí đƣợc gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tƣơng đối thấp đƣợc quạt thổi vào hầm sấy. Trong không gian hầm sấy không khí khô đƣợc thực hiện việc trao nhiệt - ẩm với vật liệu sấy là quả chuối làm cho độ ẩm tƣơng đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nƣớc trong vật liệu sấy đƣợc rút ra ngoài. Không khí này sau đó đƣợc thải ra ngoài môi trƣờng. 3.2. Chọn chế độ sấy Với hệ thống sấy là hầm và vật liệu sấy là Chuối quả. Ta sẽ gia nhiệt cho không khí lên đến nhiệt độ t1 = 80oC (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ). Nhiệt độ của GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 20

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối không khí ra khỏi hầm sấy ta lựa chọn là t2 = 50oC (lựa chọn không đƣợc quá thấp tránh hiện tƣợng đọng sƣơng bên trong buồng sấy khi không khí bị quá bão hòa). Do yêu cầu nhiệt độ sấy không quá thấp (sấy nóng) nên ta sử dụng sơ đồ sấy không có đốt nóng trung gian. Trong hệ thống sấy đối lƣu, tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi là rất lớn. Đồng thời, sản phẩm sau khi sấy đƣợc dùng làm thực phẩm cho con ngƣời nên yêu cầu chất lƣợng khá cao. Do vậy, không khí sử dụng làm tác nhân sấy yêu cầu phải sạch, tránh sử dụng lƣợng không khí tƣơi ngoài trời quá lớn vừa gây tăng chi phí vận hành và lọc bụi của hệ thống các phin lọc, ta sử dụng chế độ sấy hồi lƣu một phần tác nhân sấy. Tức là cho một phần tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy quay trở lại trƣớc hoặc sau Calorifer để tận dụng nhiệt vật lý của tác nhân sấy ở nhiệt độ t2. Với chế độ sấy này giúp giảm bớt chi phí về năng lƣợng và tránh làm mất hƣơng vị của chuối chín. 3.3. Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy Tổng hợp các yêu cầu trên về hệ thống, ta đƣa ra đƣợc sơ đồ hệ thống đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên sau: Hơi nƣớc bão hòa

Vật liệu ẩm (VLÂ G1-W1)

Quạt cấp

không khí ngoài trời

(t0;φ0)

o

t0=27 C;

Buồng

(tM;φM)

Hầm

(t1;φ1)

sấy

(t1;φ1) thải ra ngoài

(L) hòa trộn

φ0=79% Vật liệu

(L0)

Calorifer

Lọc bụi

(t2;φ2) (L0)

khô

Khí-hơi

(VLK G2-W2)

Nƣớc ngƣng

Quạt hồi

H nh 3.1. Sơ đồ công nghệ của hệ thống


Trang 21


CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY A – Quá trình sấy lý thuyết 4.1 Các thông số của không khí trong hệ thống sấy 4.1.1 Thông số của không khí ngoài trời Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là t0=270C,

0=79%

ta xác

định đƣợc các thông số còn lại của không khí nhƣ sau:  Phân áp suất bào của hơi nƣớc ở nhiệt độ t0=270C là pbh0 = 0,0361 bar (tra bảng V.II, trang 100, [10])  Độ chứa hơi của không khí:

kg_ẩm/kg_kkk  Entanpi của không khí: I0 = 1,004t0 + d0(2500 + 1,842t0) = 1,004.27 + 0,042(2500 + 1,842.27) = 74,27 kJ/kg_kkk Nhƣ vậy không khí ngoài trời (0) có: t0=270C,

0=79%,

d0= 0,0185 kg_ẩm/kg_kkk, I0 = 74,27 kJ/kg_kkk

4.1.2 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số của không khí thải ra ngoài cũng nhƣ không khí hồi lƣu tại buồng hòa trộn) Với nhiệt độ của không khí khí khi đƣợc thổi vào buồng sấy là: t1=800C, nhiệt độ của không khí khi ra khỏi buồng sấy là t2=500C. Lƣợng không khí lƣu chuyển trong thiết bị sấy là: L= LH + L0. Cân bằng ẩm cho toàn bộ hệ thống sấy có: L0.d0 + G1.W1 = L0.d2 + G2.W2  L0.(d2 – d0) = G1.W – G2.W2 = W (Lƣợng ẩm cần lấy đi của vật liệu sấy). 

(công thức 5.7, trang 57, [8]) Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có: L.dM + G1.W1 = L.d2 + G2.W2 (công thức 5.28, trang 64, [8]) Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có: L.dM + G1.W1 = L.d2 + G2.W2


Trang 22

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  L.(d2 – dM) = G1.W – G2.W2 = W => L =W.  Ta có hệ số hồi lƣu: n=

LH

L-

(công thức 5.27, trang 64, [8])

L0 W

n=

d2 -dM W

-1

=

=

d2 - d0

Cân bằng năng lƣợng cho buồng hòa trộn có: I0.L0 = I2.LH = (L0 + LH).IM  (công thức 5.32, trang 65, [8]) Nhƣ vậy tại điểm hòa trộn M có: ; Quá trình sấy lý thuyết xảy ra trong thiết bị sấy là quá trình đẳng Entanpi nên có: I1 = I2  Cpk.t1 + d1.(r + Cpa.t2) = Cpk.t2 + d2.(r + Cpa.t2) Do d1 = dM (Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm xảy ra trong Calorifer). Thay vào có: (

)

Ta rút ra đƣợc: ( (

)

)

Thay vào với: t1 = 80oC, t2 = 50oC, d0 = 0,0185 kg_ẩm/kg_kkk, r = 2500 kJ/kg, Cpk = 1,004 kJ/kg.độ, Cpa = 1,842 kJ/kg.độ, n = 1. Ta có:  Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:


Trang 23


=0,043 kg_ẩm/kg_kkk.  Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: I2 = 1,004.t2 + d2.(2500 + 1,842.t2) = 1,004.50 + 0,043.(2500 + 1,842.50) = 161,66 kJ/kg_kkk  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ t2 = 50oC là pbh2=0,12335 bar (tra bảng 3, trang 192, [1])  Độ ẩm tƣơng đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy: 2. kq bh2

2

Nhƣ vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2) có: t2 = 50oC,

2=

51,5%, d2 = 0,043 kg_ẩm/kg_kkk, I2 = 161,66 kJ/kg_kkk.

4.1.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (M) có:  Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là: dM  Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: IM  Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: tM  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ t2 = 38,7oC là pbh2=0,068 bar (tra bảng 3, trang 192, [1])  Độ ẩm tƣơng đối của không khí sau buồng hòa trộn là: 2. kq bh2


M

Trang 24

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Nhƣ vậy không khí sau buồng trộn (M) có: t2 = 38,7oC,

= 68,07%; dM = 0,03075 kg_ẩm/kg_kkk, IM = 117,965 kJ/kg_kkk.

4.1.4 Thông số của không khí sau Calorifer (đi vào thiết bị sấy) Không khí sau Calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) có:  Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1 = dM = 0,03075 kg_ẩm/kg_kkk  Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: I1 = 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1) = 1,004.80 + 0,03075.(2500 + 1,842.80) = 161,72 kJ/kg_kkk  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ t1 = 80oC là pbh2=0,473 bar (tra bảng 3, trang 192, [1])  Độ ẩm tƣơng đối của không khí sau buồng hòa trộn là: 1. kq bh1

1

Nhƣ vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1) có: t1 = 80oC,

= 9,7%; d1 = 0,03075 kg_ẩm/kg_kkk,

I1 = 161,72 kJ/kg_kkk. 4.2 Lƣu lƣợng không khí khô lý thuyết 4.2.1 Lƣợng không khí khô lý thuyết lƣu chuyển trong thiết bị sấy

(công thức 5.18, trang 61, [8]) Lƣu lƣợng không khí khô lý thuyết lƣu chuyển trong thiết bị sấy là: Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lƣu chuyển trong thiết bị sấy là: ttb= 0,5.(80 + 50) = 65oC = ρtb = 1,044 kg_kkk/m3_kkk Do đó, lƣu lƣợng thể tích không khí lƣu chuyển qua thiết bị sấy là: GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 25


4.2.2 Lƣu lƣợng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào thiết bị sấy

Lƣu lƣợng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào cần thiết là: Với nhiệt độ của không khí ngoài trời là Do đó lƣu lƣợng thể tích không khí cấp vào cần thiết là:

4.3. Các thông sô trạng thái của tác nhân sấy

(tM=38,7oC;φM=68,07%)

Quạt cấp

không khí ngoài trời o

t0=27 C;

Vật liệu ẩm (200kg/h-80%) (t1=80oC;φ1=9,7%)

Hơi nƣớc bão hòa (t1=80oC;φ1=9,7%)

Buồng

Hầm

(M)

sấy

(L) hòa trộn

thải ra ngoài

φ0=79% Vật liệu Calorifer Lọc bụi

Khí-hơi

khô (45,45%-12%)

Nƣớc ngƣng

Quạt hồi

4.4 Xác định kích thƣớc của thiết bị sấy (khay sấy, xe goòng, hầm sấy) Để đáp ứng yêu cầu về năng suất. Thiết bị sấy của ta lựa chọn là hầm sấy. Vật liệu sấy là chuối tƣơi đƣợc chất lên các khay và các khay đƣợc chất lên các xe GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 26

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối goòng để đẩy vào hầm sấy. Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đƣa xe goòng ra ngoài. 4.4.1 Kích thƣớc của khay sấy Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy (chuối tƣơi cắt lát dày khoảng 50mm). Khay sấy đƣợc chế tạo từ nhôm, tạo hình bằng phƣơng pháp dập nhôm tấm bảng có chiều dày 1mm, kích thƣớc của khay sấy là 1200x800, nhƣ hình vẽ, tạo gờ mép ngoài khoảng 30mm để thuận tiện trong việc cầm nắm. Khối lƣợng của mỗi khay sấy tính ra khoảng 3,5kg/khay. Diện tích phần khay cho phép chất tải lên là: 50x1050=0,65(m)x1,05(m)=0,7

.

Với kích thƣớc nhƣ vậy khi ta chất vật liệu sấy (chuối tƣơi) thành một lớp lên trên bề mặt lƣới thép thì trên mỗi khay cho phép chất lên từ 20-25 lát tƣơi, với trọng lƣợng mỗi miếng chuối tƣơi là từ 450g trở lên thì trên mỗi khay cho phép chứa từ 911,5kg. Để tính trung bình ta lựa chọn trên mỗi kh cho phép chất lên là 10kg. Do vậy với yêu cầu năng suất sấy là

ấ trên tổng thời gian làm việc là

20h trên mỗi ngày nên số khay cần đƣợc chế tạo là:

4.4.2 Kích thƣớc của xe goòng Xe goòng đƣợc chế tạo từ khung Inox không gỉ, các thanh Inox rỗng có tiết diện 25x25, dày 1,5mm đƣợc hàn lại với nhau. Trên mỗi xe đặt 12 khay, mỗi khay chứa đƣợc 10kg vật liệu sấy, các khây đƣợc xếp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là 100mm để đảm bảo lƣu thông của tác nhân sấy (không khí nóng) đƣợc dễ dàng, dƣới các chân của xe có bố trí các bánh xe để có thể trƣợt đƣợc trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy. Xe goòng đƣợc chế tạo có kích thƣớc: LxWxH(Leng x Width x High)=850x1250x1660mm. Kích thƣớc xe goòng nhƣ vậy là phù hợp với điều kiện gia công cũng nhƣ chế độ làm việc của công nhân. Với kết cấu nhƣ vậy khối lƣợng của mỗi xe vào khoảng 28kg.


Trang 27

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Trên mỗi xe goòng cho phép đặt 12 khay sấy, mỗi khay chứa đƣợc 10kg. Do đó khối lƣợng VLS trên mỗi xe là: Với thời gian làm việc trên mỗi ngày là t = 20h, thời gian để sấy là đó để sấy hết đƣợc

. Do

thì số xe goòng cần thiết là: (

)

. Ta chế tạo dƣ ra 2 xe, do vậy tổng số xe goòng cần chế tạo là 12 xe. 4.4.3 Kích thƣớc của hầm sấy Hầm sấy đƣợc xây dựng theo kích thƣớc đảm bảo thuận lợi việc di chuyển của các xe goòng, thuận tiện cho việc đẩy xe vào cũng nhƣ kéo xe ra khỏi hầm sấy. Hầm sấy đƣợc xây dựng theo các kích thƣớc sơ bộ sau: a) Chiều rộng của hầm sấy Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng. Ta lấy dƣ ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy đƣợc dễ dàng: b) Chiều cao của hầm sấy Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goong. Ta lấy dƣ ra phía mép trên của xe là 150mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy đƣợc dễ dàng:

c) Chiều dài của hầm sấy

:

Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều dài và số lƣợng của xe goòng làm việc trong hầm. Ta lấy dƣ ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm giúp cho việc đẩy xe goong cũng nhƣ kéo ra khỏi hầm đƣợc thuận lợi: Trong hệ thống sấy của ta bố trí một kênh dẫn gió nóng(nhiệt độ

), một

kênh dẫn gió thải và một kênh dẫn gió hồi. Các kênh đƣợc xây dựng với chiều rộng hợp lý giúp cho việc lắp đặt thiết bị, vận hành và bảo dƣỡng đƣợc thuận tiện. Ta có đƣợc bảng vẽ mặt bằng xây dựng hầm sấy nhƣ sau:


Trang 28

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Với kết cấu xây dựng nhƣ trên, tốc độ của tác nhân sấy nóng đi trong kênh dẫn vào khoảng 2,5m/s. Tốc độ này là hợp lý để giảm tổn thất áp suất cho quạt. Trên nền của hầm có lắp 2 thanh ray để xe goòng có thể di chuyển tự do dọc theo hẩm sấy. B – QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 4.5 Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy Khi vận hành làm việc hầm sấy tốn thất của HST bao gồm các tổn thất sau:  Tổn thất do vật liệu sấy mang đi: Qv [kJ/h]; qv [kJ/kg_ẩm].  Tổn thất do thiết bị truyền tải (khay sấy, xe goòng): QTBTT [kJ/h]; qTBTT [kJ/kg_ẩm].  Tổn thất do môi trƣờng của kết cấu bao che: QMT [kJ/h]; qMT [kJ/kg_ẩm]. Ta lần lƣợt xác định các tổn thất này nhƣ sau: 4.5.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qv[kJ/kg_ẩm] Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống với sản phẩm sấy là nông sản thực phẩm thì sản phẩm sấy (SPS) đi ra khỏi thiết bị sấy (TBS) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của TNS đi vào từ 5÷10oC. Do đó, VLS đi ra có nhiệt độ là tv2=70oC – 10oC =60 oC. Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt môi trƣờng tv1=27 oC. Nhiệt dung riêng của Chuối là CVL=1,0269 kJ/kg.K, nhiệt dung riêng của nƣớc là 4,18 kJ/kg.K với sản phẩm đầu ra là Chuối khô có độ ẩm W2=12%, do đó nhiệt dung riêng của Chuối đi ra khỏi hầm sấy là: CV2= CVL.(1–W2)+Cn.W2=1,0269(1-0,12)+4,18.0,12 1,4 kJ/kg.K Do vậy, tổn thất nhiệt do sản phẩm sấy mang đi là: QVL=G2.CV2.(tv2–tv1)=45,45.1,4.(70–27) = 2736,09 kJ/h

3.5.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải qTBTT [kJ/kg_ẩm] Ta có: QTBTT = Qkh + Qx. Với Qkh và Qx lần lƣợt là tổn thất do khay sấy và xe gòong mang đi. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 29

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trƣờng là: tkh1 = tx1 = to = 27 . Nhiệt độ của khay sấy khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi khay sấy lấy bằng nhiệt độ sấy : tkh2 = tx2 = t1 = 80 . Khay sấy và xe goòng có khối lƣợng lần lƣợt là: Gkh = 4kg; Gx = 28kg. Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay (Inox và Nhôm) là: Ckh = 0,86 kJ/kg.K ; Cx= 0,42 kJ/kg.K.  Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là: Với số lƣợng khay là Nkh=160 khay; Thời gian sấy là

 Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là: Với số lƣợng xe là Nx = 10 xe. Thời gian sấy là

Ta có:

Do vậy tổng tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi là: QTBTT = Qkh + Qx = qTBTT =

+ 779,1= 4425,5kJ/h

=

4.5.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che qMT[kJ/kg_ẩm] Với kết cấu xây dựng của hầm sấy nhƣ đã thiết kế ta có: Tiết diện tự do của tác nhân sấy nóng đi trong hầm là: Ftd = FH + FX. Với FX: là tiết diện của xe goòng (4thanh thẳng đứng 25 × 1740), 12 thanh nằm ngang 25×1200), do đó FX = 4.(0,025 × 1,74) + 16.(0,025 × 1,2) = 0,654m2. FH: là tiết diện của hẩm sấy (1870 × 1890), do đó FH = 1,87 × 1,89

3,5343

m2. Vì vậy tiết diện tự do là: Ftd= 3,5343

0,654 = 2,8803 m2. Sau khi tính toán quá

trình sấy lý thuyết ta đã xác đinh đƣợc lƣu lƣợng tác nhân sấy đi qua hầm là: Vlt = 11380,5 m3/h = 3,16 m3/s, tuy nhiên trong quá trình sấy thực thì lƣợng TNS này phải lớn hơn để bù lại các tổn thất. Do đó, tốc độ TNS tối thiểu đi trong hầm sấy là:


Trang 30


ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này. Tổn thất do kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao gồm các thành phần sau:  Tổn thất qua 2 tƣờng bên: QT.  Tổn thất qua trần: QTr.  Tổn thất qua nền: Qn.  Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm: Qc. Do đó, QMT = QT + QTr + Qn + Qc 4.5.3.1 Tổn thất qua 2 tƣờng bên: QT Vì lƣu lƣợng tác nhân sấy tối thiểu trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lƣu lƣợng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết nên tốc độ tác nhân sấy giả thiết để tính toán các tổn thất cũng phải lớn hơn vlt. Giả sử ta lấy v = 1,2 m/s. Ta có: α1= 6,15 + 4,17v = 6,15 + 4,17 × 1,2 = 11,154 W/m2.độ Bằng phƣơng pháp lặp giả thuyết trƣớc nhiệt độ tƣờng phía trong tw1 và tính đƣợc dòng nhiệt q truyền qua tƣờng. Từ dòng nhiệt này ta tìm đƣợc nhiệt độ mặt truyền nhiệt bằng đối lƣu giữa tác nhân với tƣờng trong q’ và dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài của tƣờng vào môi trƣờng q” sai khác nhau không quá 10% thì kết quả tính toán là chấp nhận đƣợc. Ta giả thiết tw1 = 59,5oC. Ta có: q’ = α1(tTB

tw1) (công thức 6.11, trang 74, [8]

Với:

Vậy q’= 11,154(65 – 59,5) = 61,347 W/m2 Nhiệt độ mặt ngoài của tƣờng tw2, theo hệ quả của định luật Furier ta có:


Trang 31

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Ở đây λ1 là hệ số dẫn nhiệt của gạch, λ1= 0,77 W/m2.độ ( tra bảng I.126, trang 128,

[9]). δ1 là bề dày của tƣờng δ1= 0,2m. Vì vậy

Nhƣ độ chênh lệch nhiệt độ Δt = tw2 – to = 43,56 – 27 = 16,56oC Nhiệt độ tính

Từ nhiệt độ tm = 35,3 tra bảng I.255, trang 318, [9], ta có: λ1= 2,73.10-2 W/m.độ

ν= 16,48. 10-6 m2/s Pr= 0,7 Do đó, chuẩn số Gratkov (công thức V.39, trang 13, [10]):

Với β – hệ số giãn nở thể tích:

g – là gia tốc trọng trƣờng g = 9,81m/s l = HΣ là chiều cao phủ bì, HΣ + δTr + δbông = 1,89 + 0,15 + 0,1= 2,14m

Chuẩn số Nuyxen (công thức V.68, trang 23, [10]): Nu = C(Gr.Pr)n Hệ số C và n phụ thuộc vào tích số Gr.Pr Gr.Pr = 2,02.1010 0,7 = 1,417.1010 > 2. 107 (chế độ xoáy) Nên ta xác định đƣợc 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 lƣu


Trang 32

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối α (công thức trang 23, [10]) Dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngoài của tƣờng vào môi trƣờng: q”= α2 (tw2 – to) = 3,855(43,56-27)=63,84 W/m2 Sai số giữa q’ và q”:

Với qmax=q”=63,84oC. Sai số này nằm trong phạm vi cho phép. Tƣờng bên có kích thƣớc là: Ft=(Hh.Lh).2= (1,89.14).2=53m2 Tƣờng đƣợc xây bằng gạch dày δt=200mm=0,2m, có hệ số dẫn nhiệt λt=0,77 W/m.độ (tra bảng I.126, trang 128, [9]). Ta xác định đƣợc:

Do đó tổn thất qua 2 tƣờng bên Qt bằng: Qt= Ft.kt(ttb - to) =53.1,79(65 - 27) = 3605,06W 4.5.3.2 Tổn thất qua trần QTr Trần có kích thƣớc FTr= Bh.Lh = 1,87.14= 26,2m2 Trần đƣợc đổ bằng bê tông cốt thép dày δ2 = 150mm = 0,15m và bọc thêm 1 lớp bông thủy tinh cách nhiệt có bề dày δ3 = 100mm = 0,1m. Tra bảng I.126, trang 128, [9]) ta có hệ số dẫn nhiệt của bê tông cốt thép và bông thủy tinh cách nhiệt lầm lƣợt là: λ2=1,55 W/m.độ và λ3=0,06 W/m.độ. Ta xác định đƣợc:

Do đó tổn thất qua trần QTr bằng QTr= Ftr.ktr(ttb - to) =26,2.0,5(65 - 27) = 495,7W 4.5.3.3 Tổn thất qua nền: Qn Nền có kích thƣớc Fn= Bh.Lh = 1,87.14= 26,2m2 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 33

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 65oC và giả sử phòng cấy cách tƣờng bao che phân xƣởng 2 mét. Theo bảng 6.1, trang 74, [8]), ta có: qn= 40W/m. Do đó tổn thất qua nền bằng: Qn= Fn.qn=26,2.40=1048W 4.5.3.4 Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy: Qc Ở 2 phía đầu vào và ra của hầm sây có lắp cửa với kích thƣớc: 1300×1850(mm). Nên diện tích của cửa là: Fc= 2×(1,87.1,89)=7,0686 m2 Cửa đƣợc làm bằng thép dày δc = 10mm = 0,01m. Tra bảng I.126, trang 128, [9]), ta có hệ số dẫn nhiệt của cửa là: λc = 0,5 W/m.độ. Ta xác định đƣợc:

Do đó Qc= Fc.qc=7,0686.3,147.(65 – 27) = 845,31W Nhƣ vậy tổng các tổn thất nhiệt của các hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: QMT = QT+QTr+Qn+Qc= 3605,06+495,7+1048+845,31= 5723,9W = 5994,07×3,6 kJ/h = 21578,65 kJ/h

Vì vậy tổng các tổn thất của hệ thống sấy là: = Ca.to – qvl – qTBTT – qMT Với Ca.to – thành phần nhiệt vật lý do TNS đƣa vào, thay vào ta có tổng tổn thất của hệ thống sấy là: = 4,18.27 – 60,2 – 30,43 – 148,26 = -126,03 kJ/kg_ẩm Với tvl = to = 27oC 4.6 Tính toán quá trình sấy thực Ta lần lƣợt xác định các thông số của tác nhân sấy ở các điểm nút trong quá trình sấy thực nhƣ sau:


Trang 34

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối 4.6.1 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng nhƣ không khí hồi lƣu tại buồng hòa trộn) (2t)  Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:  Độ chứa hơi sau quá trình sấy thực:

(Công thức 5.36, trang 65, [8]) Trƣớc hết ta tính: i1= r + Cpa.t1 = 2500 + 1,842.80 = 2647,36 kJ/kg_kkk i2= r + Cpa.t2 = 2500 + 1,842.50 = 2592,1 kJ/kg_kkk Thay vào với: t1=80 oC, t2=50 oC, do=0,0185kg_ẩm/kg_kkk, n=1, Δ= -119,34 kJ/kg_ẩm Ta có:

 Entapi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: I2t = 1,004t2 + d2t(2500 + 1,842t2) = 1,004.50 + 0,041(2500 + 1,842.50) = 156,476 kJ/kg_kkk  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ t2=50 oC tra bảng 3, trang 192, [1] ta có: pbh2=0,12335 bar  Độ ẩm tƣơng đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy:

So với điều kiện đã chọn

2

= (51,5±5%) là hoàn toàn thỏa mãn. Nhƣ vậy,

chọn t2=50 oC là hợp lý. Nhƣ vậy, không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) ta có: t2t=50 oC,

2=

50,4%, d2t=0,041 kg_ẩm/kg_kkk, I2t=156,476 kJ/kg_kkk.

4.6.2 Thông số của không khí sau buồng trộn (Mt) Không khí sau buồng trộn là trạng thái điểm (Mt) có: GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 35

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  Độ chứa hơi của không khí sau buồng trộn là:

 Entapi của không khí sau buồng hòa trộn là:

(công thức 5.32, trang 65, [8])  Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là:

(công thức 5.33, trang 65, [8]).  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ tMt=38,7oC là pbhM=0,0737 bar (tra bảng 3, trang 192, [1]).  Độ ẩm tƣơng đối của không khí sau buồng hòa trộn

Nhƣ vậy không khí sau buồng hòa trộn (M) có: tMt=38,7oC, dMt=

kg_ẩm/kg_kkk, IMt

Mt=

,

115,373 kJ/kg_kkk.

4.6.3 Thông số không khí sau khi ra khỏi Calorifer (đi vào thiết bị sấy) (1t) Không khí sau khi ra khỏi Calorifer đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1t) có:  Độ chứa hơi của không khí sau khi ra khỏi Calorifer là: d1t = dMt= 0,02975 kg_ẩm/kg_kkk  Entapi của không khí sau khi ra khỏi Calorifer là: I1t = 1,004t1t + d1t(2500 + 1,842 t1t) = 1,004.80 + 0,02975(2500 + 1,842.80)= 159,08 kJ/kg_kkk  Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc ở nhiệt độ t1t=80oC là pbh1=0,4736bar (tra bảng 3, trang 192, [1]).  Độ ẩm tƣơng đối của không khí sau khi ra khỏi Calorifer là:


Trang 36


Nhƣ vậy không sau khi ra khỏi Calorifer đi vào thiết bị sấy (1t) có: t1t=80oC, 1t=

, d1t=

kg_ẩm/kg_kkk, I1t 159,08kJ/kg_kkk.

4.7 Lƣu lƣợng không khí khô thực tế cần dùng 4.7.1 Lƣợng không khí khô thực tế lƣu chuyển trong thiết bị sấy

(công thức 5.17, trang 61, [8]). Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lƣu chuyển trong thiết bị sấy là: ttb = 0,5(t1+ t2) = 0,5(80+ 50)= 65oC  ρtb= 1,044kg_kkk/m3_kkk (tra bảng I.225, trang 318, [9]). Do đó, lƣu lƣợng thể tích không khí lƣu chuyển qua thiết bị sấy là:

Do đó, tốc độ của tác nhân sấy trong buồng sấy trong quá trình sấy thực là:

Sai khác với tốc độ giả thiết 1,2m/s không nhiều (khoảng 1%) nên ta chấp nhận kết quả này. 4.7.2 Lƣợng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết

Với nhiệt độ của không khí ngoài trời là:  to=27oC = ρ =1,176 kg_kkk/m3_kkk (tra bảng I.225, trang 318, [9]). Do đó, lƣu lƣợng thể tích không khí cấp vào cần thiết là:


Trang 37

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối 4.8 Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho hệ thống sấy (cung cấp qua calorifer khí – hơi) là:

 Q= W.q= 145,55.3885,07= 565471,45 kJ/h ≈ 157kW Nhiệt lƣợng có ích q1: q1= i2 – Ca tv1 = 2592,1 - 4,18.27= 2479,24 kJ/kg_ẩm Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2:

Với Cdx(d0)= Cpk+ Cpad0=1,004 + 1,842.0,0186= 1,0383 kJ/kg.độ

Tổng nhiệt lƣợng có ích và các tổn thất q’: q’= q1 + q2 + qvl + qTBTT + qMT = 2479,24 + 1043,27 + 18,81 + 30,43+

= 3720,01 kJ/kg_ẩm

Có thể thấy rằng nhiệt lƣợng tiêu hao q , tổng nhiệt lƣợng có ích và các tổn thất q’ phải bẳng nhau. Tuy nhiên trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số trong tính toán các tổn thất mà chúng ta đã phạm phải một sai số nào đó. Chúng ta kiểm tra sai số này. Ở đây sai số tuyệt đối: Δq = q – q’ = 3885,07 – 3720,01 = 165,06 Hay sai số:


Trang 38

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Bảng 5.1 cân bằng nhiệt của hệ thống sấy:

Ký

Giá trị

hiệu

[kJ/kg_ẩm]

Nhiệt lƣợng có ích

q1

2479,24

66,64

2

Tổn thất do tác nhân sấy

q2

1043,27

28,04

3

Tổn thất do vật liệu sấy

qvl

18,81

0,5

4

Tổn thất do thiết bị truyền tải

qTBTT

30,43

0,82

5

Tổn thất ra môi trƣờng

qMT

148,26

3,98

6

Tổng nhiệt lƣợng tính toán

q’

3720,01

100

7

Tổng nhiệt lƣợng tiêu hao

q

3885,07

100

8

Sai số tuyệt đối

STT

Đại lƣợng

1

%

4,2

Nhận xét: Qua bảng cân bằng nhiệt ta nhận thấy tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi chỉ chiếm một phần rấ nhỏ (khoảng 0,5%), tổn thất ra môi trƣờng và thiết bị truyền tải cũng chiếm không đáng kể so với tổng tổn thất. Tổn thất chủ chủ yếu là do vật liệu sấy mang đi.


Trang 39


CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER - CHỌN QUẠT 5.1. Tính toán thiết kế calorifer Với năng lƣợng cung cấp là hơi nƣớc bão hòa do đó ta sẽ thiết kế một calorife kiểu khí hơi ống cánh. Với nƣớc bão hòa ngƣng trong ống và TNS là không khí nóng chuyển động bên ngoài của các chùm ống nhận nhiệt để đạt đƣợc nhiệt độ yêu cầu. 5.1.1 Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế calorifer Với yêu cầu của HTS cần nâng nhiệt độ của tác nhân sấy sau điểm hòa trộn M lên đến

từ

, do vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra ta chọn nhiệt độ của hơi

bão hòa là Do đó nhiệt độ ngƣng tụ là: Áp suất ngƣng tụ là: Với công suất nhiệt của calorifer yêu cầu trong quá trình tính toán sấy thực ở trên ta đã có

. Coi hiệu suất của calorifer là 90%(10% còn lại

là tổn thất do bám bụi, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn… ), do vậy công suất nhiệt mà hơi nƣớc cần truyền cho TNS là:

Nhiệt ẩm ngƣng tụ của hơi nƣớc ở nhiệt độ ngƣng

là r=2257kJ/kg

Lƣợng hơi vào calorifer yêu cầu là:

5.1.2 Tính toán thiết kế calorifer: a) Tính diện tích trao đổi nhiệt F của calorifer:  Chọn ống thép dẫn hơi có

ống xếp so le với ống bƣớc ngang. , bƣớc ống dọc là GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

. Trang 40

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  Chọn cánh đƣợc làm từ đồng Cánh đƣợc làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt

.

. Đƣờng kính cánh là

Chiều dày cánh lấy là

.Bƣớc

cánh là Nhiệt độ làm việc cho phép tối đa của cánh đồng 250oC (phần 3, trang 36, [3]). Do cánh đƣợc làm từ đồng nên ứng suất cho phép của ống đƣợc tính theo 2 công thức sau: [ ] (công thức 1 – 4, trang 13, [4]). [ ] (công thức 1 – 3, trang 13, [4]). Hệ số an toàn là:

;

;

;

(bảng 1-6, trang

15, [4]). Hệ số hiệu chỉnh kiểm tra độ bền là: [ ] [4]). Lấy

(công thức 1 – 9, trang 17,

.

Giới hạn nóng chảy là

(bảng 2-17, trang 38, [4]).

Vậy [ ] [ ] Hệ số mối hàn của cánh và ống là: φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [4]).  Ta cần xác định diện tích bề mặt ngoài các ống có cánh là ̅̅̅ Với

. .

Do tỷ số : GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 41


Vì vậy ta phải tính độ chênh nhiệt độ trung bình logarit nhƣ sau: ̅̅̅ .Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh trở dẫn nhiệt của vách ống (

đƣợc tính khi bỏ qua nhiệt

là:

Trong đó là hệ số làm cánh, với cánh tròn thì đƣợc xác định qua biểu thức:

là hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu của hơi ngƣng với bề mặt trong của ống đƣợc xác định qua biểu thức sau: (

)

Với hơi nƣớc bảo hòa ngƣng ở nhiệt độ

. Ta có những thông số

vật lý của nƣớc ngƣng bão hòa nhƣ sau: , r = 225kJ/kg,

.

Δ

:Là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngƣng với nhiệt độ vách trong

của ống, do

rất lớn nên Δ

rất nhỏ. Ta giả thiết Δ

(sau đó ta phải

kiểm tra lại giả thiết này). Có: (

)

:Hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống đƣợc tính qua biểu thức . Với

là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh, đƣợc xác định

qua biểu thức: ( GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

) Trang 42

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  Do ống bố trí so le nên hệ số C lấy bằng C=0,45.  Tiêu chuẩn Reynoild đƣợc xác định qua:

Tốc độ không khí tại khe hẹp của cánh đƣợc xác định qua biểu thức: *

+

Tốc độ của TNS (không khí) đi vào calorifer là

Thay vào ta xác định đƣợc: [

]

Với nhiệt độ trung bình của không khí qua calorifer : ̅̅̅̅

Ta tra ra đƣợc các thông số vật lý của

không khí nhƣ sau: λ ρ ν

Do vậy: ν 

: Là diện tích bề mặt ống trơn không cánh với chiều dài 0,6m:

Số cánh trên chiều dài 0,6m ống đƣợc là: á Diện tích phần ống trơn không phủ cánh là:


Trang 43

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Diện tích cánh: (

)

(

)

Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của ống với dòng không khí chuyển động cắt ngang qua là: . Vì vậy là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh (

α

là:

)

Là hệ số hiệu quả làm cánh:

Tỷ số:

Hiệu suất cánh

với:

và tích số √

đƣợc tra trên đồ thị theo

α

√

Tra ra ta đƣợc

. Do vậy: α

.

α

Ta kiểm tra lại giả thuyết về coi

̅̅̅

do

phải thỏa mãn

nên ta có: α

(sai lệch so với

không nhiều nên ta chấp nhận kết quả này).

Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống (


đƣợc tính khi bỏ qua

là:

Trang 44


Khi kể tới bám bụi bẩn ở cánh cũng nhƣ đóng cặn của hơi nƣớc bên trong ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn

là:

Do vậy diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là:

Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là:

b) Tính thiết kế kích thước hình học của Calorifer: Với chiều cao ống hay chiều dài ống đã chọn ở trên là H = l = 0,6m ta có tổng số các ống n là:

Với số ống là 227 ống đƣợc sắp xếp trong thiết bị hình trụ tròn nên đƣợc sắp xếp trên vỉ ống hình chữ nhật với chiều dài là 16 ống chiều rộng là 15 ống  Kích thƣớc hình học của vỉ hình chử nhật Dài =D= 16.49=784 mm Rộng =R= 15.49=735 mm Thân thiết bị hình tròn có tâm nằm trên giao 2 đƣờng chéo của vỉ hình chử nhật nên tính đƣợc đƣờng kính hình tròn là 1060mm  Tính chiều dài thân thiết bị: Dt = 1060 mm; Hống = 600 mm. Ứng suất cho phép tiêu chuẩn của thép CT3 có: [ ] (Hình 1-1, trang 15,[4]). Ứng suất cho phép là: [ ]

[ ]

(công thức 1 – 9,

trang 17, [4]). GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 45

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối [ ] Bề dày tối thiểu của thân là: [ ] (công thức 5-3, trang 96, [4]). Chọn hệ số bổ sung để quy tròn kích thƣớc C0 = 0,8mm. Tổng hệ số bổ sung với Cc = 0 là:

(công thức 1-10, trang 20, [4]). Bề dày thực của thân thiết bị : Kiểm tra điều kiện:

(công thức 5-12, trang 97, [4]). Kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị: [ ]

[ ] (công thức 5-11, trang 97, [4]).

Vậy bề dày thân là 2mm Do thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển và điều kiện làm việc bình thƣờng nên ta lấy bề dày của thân, nắp và đấy là bằng nhau và bằng 2mm c) Tính toán tổn thất áp suất (trở lực) của dòng không khí(TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer: Trở lực của không khí bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ đƣợc tính gần đúng theo quan hệ sau:

Trong đó: Z: Số hàng ống,ở đây Z = 15 Tốc độ của dòng không khí qua khe hẹp của Calorifer, ở đây GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

7m/s. Trang 46

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Khối lƣợng riêng của không khí, ở đây

.

Hệ số trở lực, với chùm ống sole đƣợc xác định gần đúng qua biểu thức sau: (

) (

( )

) (

( )

) (

)

Thay vào ta có:

5.2. Quạt Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: calorifer, máy sấy, đƣờng ống, cyclon. Năng lƣợng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suật động học để di chuyển và một phần để khắc phục trở lực trên đƣờng ống vận chuyển. Năng suất của quạt đƣợc đặc trƣng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy. 5.2.1. Tính trở lực: 5.2.1.1. Trở lực từ miệng quạt đến calorifer Chọn ống nối từ quạt đến caloriphe có đƣờng kính là 0,38 m, dài 2m. -Vận tốc khí đi trong ống là:

(kg/m3) ở tM = 38,70C

Ta có F=

 d2 4



3,14  0,38 2  0,1134 ( m2) 4

L = 12937,78 (Kg/h) Vậy


Trang 47


Chuẩn số Reynol là :

(công thức II.4, trang 359, [9]) = không khí đi trong ống theo chế độ chảy xoáy[9]. -Chuyển động chảy xoáy chia làm 3 khu vực: +Vùng 1: nhẵn thuỷ lực học; khu vực này độ nhám không ảnh hƣởng đến hệ số ma sát ( )

(

)

(công thức II.60, trang 378, [9])  =10 4 : độ nhám tuyệt đối của ống (bảng II.15, trang 381, [9])

+Khu vực 2: khu vực nhám; khu vực này hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào chuẩn số Reynol: ( ) Vậy

(

)

Regh
+Khu vực 3: khu vực nằm giữa khu vực nhẵn và khu vực nhám ứng với Regh < Re < Ren  d



10 4  2,63 .10  4 thuộc trong khoảng 8.10 5 ÷ 1250.10 5 0,38

Vậy hệ số ma sát đƣợc tính theo công thức 11.64, trang 380, [9]:


Trang 48

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối  

  0,1  1,46

 d



100   Re 

0, 25

Vậy trở lực trên ống từ miệng quạt đến caloriphe là : P1 

 l   2 2d

0,015  2  1,176  27 ,92 2   36 ,186 (N/m2) 2  0,38

5.2.1.2. Trở lực do calorifer - Nhiệt độ trung của không khí nóng trong calorifer là: ttb =

80  27  53,5 o C 2

Tại nhiệt độ này tra bảng đƣợc:   0,0285 (W/mđộ),   1,081(kg/m3),   18,307 .10 6 (m2/s) (bảng 6, trang 207, [1]).

Vận tốc của không khí trong calorifer là: 

L 3600 . .F

F = 1,87.1,07 =2 (m2)

Với  kk 

12937 ,78  1,66 (m/s) 3600  1,081  2

-Chuẩn số Reynol là: Re =

 kk d td 1,66 .0,38   34456  18,307 .10 6

Re >10 4 vậy không khí chuyển động theo chế đọ chảy xoáy Do ống sắp theo kiểu bàn cờ. Vì:

Trong đó: S1- khoảng cách giữa các trục ống theo phƣơng cắt ngang của dòng chuyển động (theo chiều rộng của dòng), S1 = 98 mm. GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 49

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối S2- khoảng cách giữa các trục ống dọc theo phƣơng chuyển động của dòng (theo độ sâu của dòng), S2 = 46 mm. d- đƣờng kính ống d = 26 mm Nên: ξ = (5,4 + 3,4m)Re-0,28 (công thức II.71, trang 404, [9]) Với m là số dãy ốn chùm theo phƣơng chuyển động, m = 38 dãy ống Suy ra

  (5,4 + 3,4.38)34456-0,28 = 7,22

Vậy trở lực do caloriphe là: 2

27 ,92 2 P2       7,22  1,081   10 ,75 (N/m2) 2 2

5.2.1.3. Trở lực do đột mở vào calorifer -Diện tích của mặt cát ngang của ống đẩy 2

0.38  2 Fo =      0,113m 2  

-Diện tích cắt ngang của caloriphe là : Ft = 1,07.1,87= 2 m2 Tỉ số

F0 0,113   0,0565 Ft 2

Tra [2] (trang 387), ta có   0,905 Vậy trở lực do đột mở vào caloriphe là: P3     

2 2

 0,905  1,081 

27 ,92 2  381,3 (N/m2) 2

5.2.1.4. Trở lực do đột thu từ caloriphe ra ống dẩn không khí nóng Không khí nóng có nhiệt độ t = 800C có :  21,09 .10 6 (m2/s),   1 (kg/m3). Diện tích cắt ngang của không khí nóng F2 =  

0,38 2  0,113 (m2) 4


Trang 50

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Vận tốc của không khí nóng trong ống  kk 

L 12937,78   31,89 (m/s) 3600 . .F2 3600 .1.0,113

-Chuẩn số Reynol: Re =

 kk .d 27 ,92  0,38   503063  21,09 * 10 6

Re>10 4 :Vậy không khí chuyển động theo chế độ xoáy Tỉ số

F2 0,113   0,0565 Ft 2

Tra [9] (trang 388), ta đƣợc:   0,045 Vậy trở lực do đột thu ở calorifer là: P4     

 kk 2 2

 22 ,88 (N/m2)

5.2.1.5. Trở lực đƣờng ống dẩn không khí từ caloriphe đến phòng sấy Chọn đƣờng ống dài 1,5(m) Đƣờng kính ống d = 0,38 (m) Tính toán giống ống từ miệng quạt đến caloriphe ta đƣợc: Regh
 .l. . 2 2.d



0,016  1,5  1,081  31,89 2  34 ,72 2  0,38

5.2.1.6. Trở lực đột mở vào phóng sấy -Diện tích mặt ngang ống Fo = 0,113 m2 -Diện tích ngang của phòng sấy F1 = H.R =1,87 . 1,89 = 3,5343 m2


Trang 51

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Fo  0,032 ; tra [9] (trang 387) có   0,94 F1

Vậy trở lực đột mở vào phòng sấy là: P6     

2 2

 0,94  1,081 

27 ,92 2  396 (N/m2) 2

5.2.1.7. Trở lực do đột thu ra khỏi phòng sấy Nhiệt độ ra khỏi phòng sấy là

t2 = 500C

có:   1,093 (Kg/m3),

  17 ,95 .10 6 (m2/s)

Chuẩn số Reynol : Re =

  d 27 ,92  0,38  = 591064  17 ,95  10 6

Re >10 4 không khí theo chế độ chảy xoáy. Tra [9] (trang 387), ta đƣợc   0,9 2

27 ,92 2  0,9  1,093   383 ( N/m2) Vậy trở lực P7      2 2

5.2.1.8. Trở lực của phòng sấy: P8  1000 (N/m2)

Ta có thể chọn

5.2.1.9. Tổng trở lực của cả hệ thống: H p  P1  .......... .  P8

 H p = 2201,836 (N/m2) 5.2.2. Tính chọn quạt: Áp suất làm việc toàn phần: (công thức II.238a, (trang 463, [9]): H = Hp 

273  t 0 760  k   293 760 

Hp: Trở lực tính toán của hệ thống (Hp = 1541,49 N/m2) t0: Nhiệt độ làm việc (= 270C) GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai

Trang 52

Đồ án quá trình và thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối B = 760 mm Hg: áp suất tại nơi đặt quạt 3  :Khối lƣợng riêng của của khí ở đktc   1,181 (kg/m )

 k : khối lƣợng riêng của khí ở đk làm việc  k  1,200 (kg/m3)

 H = 2381,3 (N/m2) Từ các đồ thị đặc tuyến của quạt (trang 485, [9]), ta chọn quạt II 4.70No16 , có năng suất khoảng 7000 m3/h; hiệu suất khoảng 0,65.


Trang 53


KẾT LUẬN Hệ thống sấy chuối bằng phƣơng pháp sấy hầm có năng suất không cao (4000 kg/ngày) nên sau khi tính toán, kich thƣớc thiết bị cũng nhƣ một vài thông số tính toán cũng chƣa phù hợp với các thông số thiết bị trên thực tế. Các tài liệu về sấy chuối cũng chƣa thật rõ ràng để sinh viên có thể tính toán hết mọi thông số của hệ thống. Việc thiết kế, tính toán các hệ thống sấy phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu thực nghiệm nhƣ các số liệu ẩm độ ban đầu, đƣờng cong giảm ẩm, đƣờng cong tốc độ sấy,… Tuy nhiên, do điều kiện không cho phép nên trong phạm vi đồ án này không thể thực hiện thí nghiệm thực tế trên nguyên liệu chuối. Do đó, các số liệu và phƣơng pháp tính toán trên đây dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác nhau dẫn đến việc không đồng nhất trong tính toán cũng nhƣ sai số trong kết quả sau cùng. Mặc dù hệ thống sấy hầm nay đƣợc sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm nhƣng do các sinh viên chƣa đƣợc tham quan thực tế nên đa phần các tính toán còn thiên về lý thuyết, đôi chỗ chƣa hợp lý và không khoa học. Chúng em mong thầy cô nhận xét và hƣớng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đồ án môn học hơn.


Trang 54


TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Bùi Hải, Trần Thế Sơn. Kỹ thuật sấy. NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. 2007. [2].Hoàng Văn Chƣớc. Thiết Kế Hệ Thống Thiết Bị Sấy. NXB Khoa học và kỹ thuật. 2006. [3]. Hoàng Văn Chƣớc. Hệ thống cung cấp nhiệt. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội. 2006. [4].Hồ Lê Viên. Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí. NXB Văn hóa Dân tộc. 2006. [5].http://www.dalat.gov.vn/. Truy cập cuối cùng ngày 1/5/2012. [6].http://tailieu.vn/. Truy cập cuối cùng ngày 1/5/2012. Nguyễn Văn Lụa. Kỹ thuật sấy vật liệu. Đại học Bách khoa TPHCM. 2006. [7]. Nguyễn Văn May. Giáo Trình Kỹ Thuật Sấy Nông Sản Thực Phẩm. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 2002. [8]. Trần Văn Phú. Kỹ thuật sấy. Nhà xuất bản Giáo dục. 2008. [9]. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên. Sổ tay quá trình và thiết bị công số hóa chất tập 1. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 1992. [10].Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản. Sổ tay quá trình và thiết bị công số hóa chất tập 2. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 1992. [11]. Vũ Bá Minh, Võ Văn Bang. Quá trình và thiết bị tập 3 – Truyền khối. NXB Đại học Quốc gia TPHCM. 2008.


Trang 55

[123doc.vn] - 94649734 Say Chuoi Say Ham Hoan Chinh

Recommend Documents