Báo cáo cung cấp nhiệt đề tài thiết kế máy sấy lạnh nguyên liệu chuối với năng suất 50 kg 1 mẽ

Nguyên liệu

Tình hình sản xuất chuối

Chuối chiếm khoảng 15% tổng sản lượng trái cây toàn cầu, với 98% sản lượng được trồng ở các nước đang phát triển và xuất khẩu sang các nước phát triển Năm 2004, có 130 quốc gia tham gia xuất khẩu chuối, nhưng sản xuất chủ yếu tập trung ở một số quốc gia nhất định Mười nước sản xuất chính đã chiếm tới 37% sản lượng chuối thế giới vào năm 2004, trong đó Ấn Độ là một trong những nước hàng đầu.

Braxin và Trung Quốc hiện nay chiếm tới một nửa sản lượng chuối toàn cầu, điều này phản ánh sự gia tăng tập trung trong phân phối loại trái cây này trên khắp thế giới.

Bảng 1.1 Sản lượng chuối của Brazil, India, China và Thế Giới năm 2004 (Đơn vị: tấn) 3

Chuối là loại trái cây quan trọng tại Việt Nam, chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái với sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn mỗi năm Mặc dù diện tích trồng chuối không tập trung, nhưng nhờ vào đặc tính là cây ngắn ngày, dễ trồng và ít tốn diện tích, chuối được trồng rộng rãi trong các vườn cây ăn trái và hộ gia đình Một số tỉnh miền Trung và miền Nam như Thanh Hóa, Nghệ An, Khánh Hòa, Đồng Nai, Sóc Trăng, và Cà Mau có diện tích trồng chuối đáng kể, từ 3.000 đến gần 8.000 ha Trong khi đó, các tỉnh miền Bắc như Hải Phòng, Nam Định, và Phú Thọ có diện tích trồng chuối lớn nhất nhưng vẫn chưa đạt 3.000 ha.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Bảng 1.2 Diện tích trồng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: ha)[3]

2001 2002 2003 2004 2005 Đồng bằng sông Hồng 17900 18100 17546 17407 16400 Đông Bắc Bộ 8900 6300 9021 8849 8700

Duyên hải Nam Trung Bộ 10200 10500 10642 10713 11400

Tây Nguyên 2900 3400 3493 3630 3700 Đông Nam Bộ 12100 12300 12689 12653 12800 Đồng Bằng sông Cửu Long 31600 27700 27706 30142 31300

Bảng 1.3 Sản lượng chuối theo vùng qua các năm (Đơn vị: tấn)[3]

2001 2002 2003 2004 2005 Đồng bằng sông Hồng 359500 342700 426161 352181 403500 Đông Bắc Bộ 95900 65200 100575 98517 96600

Duyên hải Nam Trung Bộ 66000 103500 99636 99504 111800

Tây Nguyên 33900 41400 44262 53027 58300 Đông Nam Bộ 114800 146400 150717 162596 175800 Đồng Bằng sông Cửu Long 310200 274800 330203 351629 366900

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt

Trong năm 2017, người trồng chuối ở Đông Nam Bộ, đặc biệt là tại Tây Ninh và Đồng Nai, đã phải chịu lỗ nặng khi giá chuối tại vườn giảm xuống chỉ còn 500 đến 3000 đồng/kg Nguyên nhân chính là do sản lượng chuối lớn nhưng sức mua thấp, khiến thương lái chỉ mua chuối đẹp với giá rẻ Hợp đồng bán chuối với doanh nghiệp gặp khó khăn, dẫn đến tình trạng chuối chín rụng ngoài vườn và không được thu hoạch, gây ứ đọng Nhiều chủ vườn phải bỏ chuối cho gia súc, gây lãng phí Do đó, biện pháp sấy bảo quản chuối sau thu hoạch được đề xuất để xử lý lượng chuối tồn đọng.

Phân loại chuối và giá trị dinh dưỡng của chuối

Chuối là cây nhiệt đới được trồng ở hơn 100 quốc gia, trong đó có Việt Nam, nơi chuối phát triển khắp các vùng miền Từ đồng bằng đến miền núi, chuối luôn có mặt quanh năm, trở thành nguồn thực phẩm thiết yếu cho con người và vật nuôi Cây chuối không chỉ được xem là rau và quả mà còn là lương thực quan trọng trong đời sống hàng ngày.

Bảng1.4 Phân loại theo tên gọi thông thường [3]

Tên gọi Hình ảnh Thông tin

Dùng chế biến rất nhiều món như chè chuối, chuối chiên, chuối nướng, chuối luộc… Cây Chuối sứ còn được người nông dân Việt Nam dùng chế

Chuối sứ biến thức ăn cho gia súc, lá chuối sứ được dùng để gói bánh Ăn chuối sứ điều đặn mỗi ngày rất giúp ích cho cơ bắp

Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ vàng, thịt thơm và hơi nhão Chuối Cau

Chuối cau rất được ưa chuộng tại khu vực

Châu Âu, đặc biệt là nước Pháp.

Dùng làm chuối sấy và bán rất nhiều ở thị trường Việt Nam, ngoài ra

Chuối bơm chuối bơm giá rất rẻ nên thường được các doanh nghiệp trong và ngoài nước mua để chế biến thức ăn gia súc.

Trái rất dài và cong, khi chín màu xanh, chuối già được xuất khẩu rất

Chuối già nhiều sang Châu Âu, đặc biệt là

Pháp, chuối già rất nhiều chất dinh hương dưỡng, nó còn là một thực phẩm trái cây không thể thiếu của các vận động viên thể hình.

Còn gọi là chuối chát thường được dân gian dùng chữa bệnh sỏi thận bằng cách dùng hạt nấu nước uống

Chuối hột trong vài tháng Ngoài ra, nó cũng có tác dụng chữa một số bệnh khác như cảm sốt, táo bón, hắc lào.

Có đặc trưng là không thể ăn sống mà phải luộc chín Khi thưởng thức,

Chuối sáp chuối có cảm giác giòn sần sật, vị ngọt thanh.

Quả nhỏ và mập, khi chín vỏ đỏ Chuối cau lửa cam, thịt thơm và hơi nhão.

Chuối táo quạ ra trái trực tiếp chứ không ra bắp như chuối thường, trái to trung bình bằng cổ tay.

Giá trị dinh dưỡng: Chuối là một nguồn dinh dưỡng rất giàu chất sơ, kali, vitamin B6, vitamin C, chất chống oxi hóa và các dưỡng chất thực vật.

Thành phần dinh dưỡng của chuối

Loại Chuối và vỏ Thông tin tổng quan

Chuối là một loại trái cây rất tốt cho sức khỏe, cung cấp nhiều calo, nước, protein, carbs và chất xơ Nó chứa các loại chất béo như không bão hòa đơn và không bão hòa đa, bao gồm cả Omega-3 và Omega-6, nhưng lại ít chất béo bão hòa và chất béo chuyển hóa Việc tiêu thụ chuối giúp tăng cường sức khỏe tim mạch và hỗ trợ hệ tiêu hóa hiệu quả.

Các thông số ban đầu

Tính chất vật lý của chuối 5 :

Khối lượng riêng: ρ = 977 kg/m 3 Nhiệt dung riêng: c vl = 1,0269 kJ/(kg.K)

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com với độ dày chọn là δ = 2 mm Độ ẩm của chuối trước khi sấy là M1 = 75 – 80 %, trong khi độ ẩm sau khi sấy giảm xuống còn M2 = 18-20 % Nhiệt dung riêng của nước được xác định là c n = 4,186 kJ/kg.K.

Giới thiệu máy sấy lạnh

Cấu tạo

Máy sấy lạnh hoạt động theo nguyên lý của hệ thống bơm nhiệt, sử dụng các thiết bị cơ bản như điều hòa nhiệt độ, bao gồm dàn nóng, dàn lạnh, van tiết lưu, máy nén và hệ thống đường ống kết nối Chất làm lạnh thường được sử dụng là gas R22, R410A hoặc R32.

Không khí ẩm từ buồng sấy được đưa qua dàn lạnh, nơi nhiệt độ không khí được môi chất hấp thụ, làm cho hơi nước ngưng tụ thành giọt nước và chảy ra ngoài Kết quả là không khí khô và mát được tạo ra Sau đó, không khí này được chuyển qua dàn nóng, nơi nó được sấy nóng và đưa trở lại buồng sấy để tiếp tục quá trình sấy khô sản phẩm.

Nguyên lý bơm nhiệt hoạt động bằng cách môi chất từ cục lạnh hấp thụ nhiệt và được chuyển đến máy nén, nơi nó được nén đến áp suất cao Khi đó, môi chất có nhiệt độ cao sẽ được đưa qua dàn nóng Không khí khô từ dàn lạnh được dẫn qua dàn nóng, hấp thụ nhiệt và đi vào buồng sấy.

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh cung cấp môi chất đã được làm lạnh, sau đó môi chất này được chuyển đến van tiết lưu Tại van tiết lưu, môi chất có áp suất thấp sẽ tiếp tục giảm nhiệt độ cho đến khi đạt đến điểm đọng sương của hơi.

Cơ sở lý thuyết

Ưu điểm của phương pháp sấy lạnh

Sấy lạnh mang lại tốc độ sấy nhanh hơn nhờ vào việc sử dụng không khí rất khô trong buồng sấy Cụ thể, thời gian sấy có thể giảm từ 10 giờ xuống còn 6-8 giờ so với phương pháp sấy nhiệt gió truyền thống.

Sấy ở nhiệt độ thấp hơn giúp cải thiện chất lượng vật sấy, vì không khí sấy khô ngăn ngừa tình trạng hầm, hấp, giữ được màu sắc tươi sáng hơn so với phương pháp sấy nhiệt gió Trong khi đó, sấy nhiệt gió thường có độ ẩm không khí cao và nhiệt độ nóng, nếu quá trình thoát ẩm không hiệu quả, vật sấy dễ bị mất màu, giảm chất lượng và hương vị.

Phương pháp sấy lạnh tiết kiệm năng lượng hiệu quả hơn so với sấy nhiệt gió, khi chỉ cần 1kW điện để tách 3kg nước, trong khi sấy nhiệt gió chỉ tách được 1,2kg nước với cùng lượng điện tiêu thụ.

Nhược điểm của phương pháp sấy lạnh

+ Máy phải nhập khẩu nên thời gian chờ đợi lâu Một số thiết bị sấy lạnh

Tủ sấy lạnh mini

+ Công suất: 20kg sản phẩm tươi trong 1 mẻ.

+ Điện tiêu thụ 500W Điện gia đình.

+ 6 khay sấy, diện tích sấy khoảng 1m vuông.

Tủ sấy lạnh

+ Công suất: 100kg sản phẩm tươi /mẻ

+ Điện tiêu thụ: 1.2kW (+ 1kW cho chế độ sấy nhanh) Điện gia đình.

+ 16 khay sấy, diện tích sấy 7 m vuông.

Máy sấy lạnh có công suất lớn

Máy sấy lạnh công suất 500kg trở lên sản phẩm tươi/mẻ

Một số công thức cơ bản trong tính toán thiết bị sấy

2.2.1 Quá trình sấy lý thuyết :

_Điểm 0: Trạng thái không khí ngoài trời

_Điểm 1: Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh

_Điểm 2 : Trạng thái không khí sau dàn lạnh

_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy : _Điểm 4 : Trạng thái không khí vào dàn lạnh :

Hình 2.1 : Đồ thị T-d của quá trình sấy lý thuyết

2.2.2 Tính toán thông số điểm nút của TNS

* Không khí ngoài trời ( điểm 0)

Nhiệt độ t 0 = 32 C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh) Độ ẩm tương đối φ 0 = 80%.

Phân áp suất bão hòa của hơi nước: Độ chứa hơi:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat kga/kgkkk Entanpy:

Dựa vào các thông số nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời, chúng ta có thể xác định nhiệt độ đọng sương t_s = 25°C Bắt đầu từ điểm O (32°C, 80%), ta kẻ đường d = const cắt đường cong 100% để tìm ra giá trị t_s.

* Trạng thái không khí sau dàn lạnh (điểm 2)

Chọn trạng thái vào của không khí sau dàn lạnh có: t 2 = 16 C, φ

2 = 100%. Áp suất bảo hòa: bar. Độ chứa hơi: kga/kgkkk Với

* Trạng thái không khí vào buồng sấy (điểm 3) Nhiệt độ: t 3 = 40 C

Phân áp suất bão hòa bar Độ chứa hơi: kga/kgkkk

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Độ ẩm tương đố:

* Trạng thái không khí vào dàn lạnh (điểm 4) Nhiệt độ: t 4 = 40 C. Độ ẩm: chọn = 70%

Phân áp suất bão hòa P bh4 = P bh3 = 0,073 bar

1 :Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh Độ ẩm: φ

10 % Dung ẩm: d 1 = d 4 = 0,0334 Kga/Kgkkk Phân áp suất bão hòa:

Trong đó: τ 0 - Gian đoạn đốt nóng vật liệu (h) τ 1 - Gian đoạn sấy đẳng tốc (h) τ 2 - Gian đoạn sấy giảm tốc (h)

Thời gian đốt nóng vật liệu τ 0 có thể được bỏ qua, do đó thời gian sấy được xác định bằng tổng thời gian sấy ở giai đoạn đẳng tốc và giai đoạn giảm tốc.

Tính tốc độ sấy và thời gian sấy theo phương pháp Loukov

+ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α q được tính theo các công thức thực nghiệm theo độ lớn của vận tốc khí đi qua vật liệu sấy:

Trường hợp vận tốc tác nhân v ≤ 2 m/s, α qq được tính theo:

Trường hợp vận tốc tác nhân v < 5 m/s, α qq được tính theo:

Trường hợp vận tốc tác nhân v >5 m/s, α q được tính theo:

Do tốc độ gió chọn v = 2 – 3 m/s nên

– Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS θ b =t ư – Nhiệt độ bề mặt VLS

+ Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu: J m = J r q

+ Hệ số sấy tương đương: χ = 1,8

+ Thời gian sấy đẳng tốc:

+ Thời gian sấy giảm tốc:

2.2.4 Tính toán nhiệt quá trình Tính lượng ẩm cần bốc hơi từ nguyên liệu sấy:

Trong đó: G 1 : khối lượng vật liệu đưa vào sấy, kg/mẻ G 2 : khối lượng sản phẩm sau khi sấy, kg/mẻ

W T : lượng ẩm bốc hơi trong buồng sấy từ quá trình sấy, kg/mẻ

Tính lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho 1kg ẩm bốc hơi 1 :

Trong đó: d 4 – độ chứa hơi của không khí sau khi sấy (kg/kgkkk) d 3 – độ chứa hơi ban đầu của không khí trước khi đưa vào calorifer (kg/kgkkk)

Khối lượng sản phẩm trong một mẻ là 50kg/mẻ:

Lượng ẩm bốc hơi trong một mẻ sấy:

Lượng không khí khô tuần hoàn trong quá trình sấy

Thông số của tác nhân sấy và nguyên liệu sấy

Không khí ban đầu

Nhiệt độ t 0 = 32 C (Nhiệt độ trung bình hằng năm của TP Hồ Chí Minh) Độ ẩm tương đối φ 0 = 80%.

Phân áp suất bão hòa của hơi nước: Độ chứa hơi: kga/kgkkk

Không khí sau khi được đốt nóng

Nhiệt độ: t 3 = 40 C Phân áp suất bão hòa

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat bar Độ chứa hơi: kga/kgkkk

Entanpy: Độ ẩm tương đố:

3.2.1 Bảng thông số điểm nút lý thuyết

Bảng 3.1 Thông số điểm nút của không khí trong quá trình sấy

Thông số Điểm 0 Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 t (°C) 32 25,24 16 C 40 C 40 C

Tính chất vật lý của chuối 5 :

Nhiệt dung riêng: c vl = 1,0269 kJ/(kg.K)0

Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,52 W/(m.K) Độ dày chọn: δ = 5 mm Độ ẩm vật liệu sấy:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Độ ẩm của chuối trước khi sấy: M 1 = 75 – 80 % Độ ẩm của chuối sau khi sấy: M 2 = 18-20 %

Nhiệt dung riêng của nước: c n = 4,186 kJ/kg.K

Tốc độ sấy và thời gian sấy

Nhiệt độ tác nhân sấy khu vực tiếp xúc với VLS: t m = 40 ° qC

Nhiệt độ bề mặt VLS: θ b =t ư =¿ 26°C ( Tra đồ thị I-d với t 0 = 32°C, = 80% )

Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu: 2500 = 0,98 (Kg/m 2 h)

Tốc độ sấy đẳng tốc: U 1= 100 J q m

3.3.2 Thời gian đốt nóng vật liệu :

Xác định thông số nhiệt độ theo quan hệ:

Trong đó: - , nhiệt độ TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy

: nhiệt độ VLS đưa vào TBS,

: nhiệt độ bề mặt bay hơi vật liệu,

Trị số Biot khuếch tán nhiệt: Bi q

Từ đồ thị quan hệ Q/Q n = f( θ , Bi) ( phụ lục) ta xác định chuẩn số Fourier: F o = 7

Thời gian đốt nóng vật liệu:

3.3.3 Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc τ 1

Với φ = 80% tra bảng 1.13 giá trị các hệ số theo phương trình 1 được k 1 = 2,7 và k 2 19,5.

Hệ số sấy tương đương: 400 Độ ẩm tới hạn: M q kx 1 =M ke +

Thời gian sấy đẳng tốc: τ 1 M q k 1−M kx 1

3.3.4 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc τ 2

Thời gian sấy giảm tốc: τ 2 −1

Tính cân bằng vật chất

Với nguyên liệu là quả chuối có độ ẩm ban đầu M 1 = 80% và yêu cầu sản phẩm sấy có độ ẩm M 2 = 20%

Khối lượng sản phẩm trong một mẻ sau khi sấy là 50Kg/mẻ

Lượng ẩm bay hơi trong một mẻ sấy là: 200 – 50 0 (Kg/mẻ )

Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ là: W q h = W τ q T = 10,163 150

,75 kg h 3.5 Tính cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết

Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm từ vật liệu là:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat l 0= 1

E,45 (Kgkk/ Kgẩm ) d 4 −d 3 0,0334−0,0114 Lượng không khí tuần hoàn trong cả quá trình sấy:

= 6817,5 (Kgkk/ h ) Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1kg ẩm

Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:

Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy: Q 0 lt = kW

Nhiệt lượng riêng làm ngưng tụ ẩm: q nta lt = I 4 – I 1 = 126,153 – 11,414 = 114,739 J/kg a

Nhiệt lượng làm ngưng tụ ẩm: Q nta = L 0 q nta = 6817,5 114,739 = 782233,1325 kW

Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước: q dllt = I 4 – I 2 = 126,153 – 44,913 = 81,24 kJ/kg

Lượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy:

Với năng suất nhập vào 200kg, ta có:

K v : là hệ số điền đầy K v = ( 0,4 0,5 ), chọn K v = 0,5

Thể tích toàn bộ buồng sấy: V = V h + Δ

V - Thể tích của các khảng trống của kênh gió và các không gian đặt quạt và các thiết bị sấy, m 3 Theo kinh nghiệm ta chọn Δ

Vậy thể tích buồng sấy là: V = 0,4 + 0,328 = 0,728 m 3

Với V đã tính toán được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài ¿ Rộng ¿ Cao là:

3.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d

Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế

Q 5 G 2 C m G cv C vc t com moi nhat

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail m2 m2

Hình 3.1 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực tế Phương trình cân b[ằng nhiệt cho thiết bị sấy:

Q + Q bs + WC n t m1 + G 2 C m t m1 + LI 1 + G vc C vc t m1 = G 2 C m t m2 + Q 5 + LI 3’ + G vc C vc t m2

Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy

Q bs - Nhiệt lượng bổ sung

Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Q bs = 0

Q 1 = - WC m t m1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào

G 2 C m (t m2 – t m1 ) = Q m - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra

Q 5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che

G vc C vc (t m2 – t m1 ) = Q vc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển

Q 2 = L(I 4’ – I 2 ) - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy

Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Q bs

Hay l(I 4’ – I 3 ) = C n t m1 - ( q vc + q 5 + q m ) Đặt C n t m1 - (q vc + q 5 + q m ) = - T bổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm.

∆= nhiệt lượng bổ sung – nhiệt lượng tổn thất chung

3.6.3 Tính toán tổn thất nhiệt ∆ a) Tính nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường

Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: t f = t 0 = 32 0 C Nhiệt độ bên trong buồng sấy: t f2 = 40 0 C

Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày δ=

3 mm Tra bảng phụ lục, ta có hệ số dẫn nhiệt = 46 W/mK Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức Q 5 = K.F t , (W)

Trong đó: F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m 2

Buồng sấy là hình hộp có các thông số: L ¿ B ¿ H = 2,5 ¿ 2 ¿ 1,2 = 6 (m 3 ) Ta tính tổng diện tích xung quanh của buồng sấy:

 t - Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng sấy , 0 C t = t f1 - t f2 = 40 – 32 = 8 0 C

Hệ số toả nhiệt từ tác nhân sấy đến vách trong buồng sấy và từ vách ngoài tới không khí bên ngoài được ký hiệu là 1 và 2, có đơn vị là W/m²K Để xác định các hệ số này, phương pháp lặp sẽ được áp dụng.

Giả thiết t w1 = 39,5 0 C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân λ bằng nhiệt: q = 1 (t f1 -t w1 ) = δ

(t w1 -t w2 ) = 2 (t w2 - t f2 ) Với tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy đã chọn ω = 2m/s (tốc độ không khí ω < 5 m/s) nên ta có:

Hệ số tỏa nhiệt 1 được xác định bằng công thức kinh nghiệm, trong đó mật độ dòng nhiệt truyền qua được tính là q = 1 (t f1 - t w1) = 48,83 (40 – 39,5) = 24,415 (W/m²) Nhiệt độ vách ngoài tường được tính theo công thức: δ t w2 = t w1 - q λ.

Tra bảng thông số không khí với t m = 35,75 0 C

Ta có Gr.Pr = 1,6.10 9 0,69985 = 1,12 10 9 thuộc khoảng ( 2 10 7 – 1 10 13 )

Hệ số toả nhiệt 2 = l = 1,2 Suy ra : q ’ = 2 (t w2 - t f2 ) = 3,2.(39,5 - 32) = 24 W/m 2

Sai số này rất nhỏ nên các kết quả tính trên có thể chấp nhận được

Vậy, hệ số truyền nhiệt: α 1 λ α 2

Hay K Nhiệt tổn thất ra môi trường trong 1giây là:

- Nhiệt tổn thất ra môi trường trong quá trình sấy:

3.6.4 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm [1]

Q m = G 2 C m (t m2 – t m1 ), kJ Trong đó: C m = 1,0269 kJ/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của Chuối

Nhiệt độ vật liệu sấy vào: t m1 = t 0 = 32 0 C

Nhiệt độ vật liệu sấy ra: t m2 = t f1 = 40 0 C

Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Suy ra: 3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc [1]

Khay sấy được làm bằng nhôm có bề dày δ 3,5 mm Theo phụ lục V/271/[2] ta có thông số của nhôm là: C Al = 0,86 kJ/kg; ρ

Al = 2700 kg/m 3 Với diện tích đã tính toán F L ¿ B = 2,5.2 = 5 m 2 Chọn số khay sấy là n = 4 khay.

Vậy tổng diện tích khay sấy là:

F k = F.n = 5.4 = 20 m 2 Khối lượng nhôm để làm khay sấy:

3.6.6 Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào q 1 [1] q 1 = - C n t m1 Trong đó: C n - Nhiệt dung riêng của nước, C n = 4,18 kJ/kg a K Vậy: q 1 = - 4,18.32 = -133,76 kJ/kg a

Trong quá trình sấy thực, khi ∆ < 0 và không có cấp nhiệt bổ sung, điểm 4’ sẽ nằm lệch sang bên trái so với điểm 4 Đồ thị I-d trong trường hợp này được biểu thị một cách cụ thể.

Hình 3.2 :Đồ thị T-d của Quá trình sấy lạnh thực tế

_Điểm 1 ’ : Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh trong sấy thực

_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy :

_Điểm 4 ’ : Trạng thái không khí sau buồng sấy trong quá trình sấy thực tế

2 - 3: Quá trình gia nhiệt trong giàn nóng

3 - 4 ’ : Quá trình sấy thực tế trong buồng sấy

4 ’ - 1 ’ - 2: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh trong trường hợp sấy thực tế.

3.7.1 Tính toán quá trình sấy thực tế a Thông số tại các điểm nút của đồ thị

Thông số tại các điểm 0,2,3 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết.

Trong quá trình sấy thực tế tồn tại một giá trị nhiêt lượng tổn thất Δ nên:

Giả sử nhiệt độ t 4’ = 35 o C Dựa vào quá trình sấy thực tế ta có

Ta có φ 1' = 100% d 1 ' = d 4’ = 0,0133 kg/kg kkk

Tra đồ thị I-d ta có t 1’ = 18 o C

Phân áp suất bão hòa hơi nước

Entanpi của không khí tại điểm số 1’

Bảng 3.2 Điểm nút quá trình sấy lạnh thực

Thông số Điểm 0 Điểm 1’ Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4’ t (°C) 32°C 18°C 16 C 40 C 35°C

3.7.2 Tính toán nhiệt quá trình sấy thực tế [1]

-Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat l tt = = 526,32 kg kkk /kg a

-Lưu lượng không khí tuần hoàn trong quá trình sấy

- Lưu lựợng không khí tuần hoàn trong 1 giây:

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm: q tt = I 3 – I 2 = 69,532

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:

- Năng suất nhiệt dàn nóng cung cấp để sấy trong 1 giây:

- Nhiệt lượng thực tế để làm ngưng tụ ẩm q ntatt = I 4’ – I 1’ = 69,5 – 52,03 = 17,47 kJ/Kg

-Nhiệt lượng thực tế làm ngưng tụ ẩm

Q ntatt = L tt (q nta - ∆ )= 78948.(17,47 +13,9988) = 15991914,99 kW -Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước thực tế: q dltt = I 4’ – I 2 = 69,5 – 44,913= 24,587 kJ/Kg

-Lượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy thực tế

Q dltt = L tt (q dltt - ∆ ¿ = 78948 ( 24,587 +13,9988) = 3046271,738 kJ -Năng suất lạnh dàn lạnh cung cấp để làm lạnh trong 1 giây

Tính toán thiết bị

Với năng suất nhập vào 200kg, ta có:

K v : là hệ số điền đầy K v = ( 0,4 0,5 ), chọn K v = 0,5

Thể tích toàn bộ buồng sấy: V = V h + Δ

V - Thể tích của các khảng trống của kênh gió và các không gian đặt quạt và các thiết bị sấy, m 3 Theo kinh nghiệm ta chọn Δ

Vậy thể tích buồng sấy là: V = 0,4 + 0,328 = 0,728 m 3

Với V đã tính toán được, ta chọn các kích thước của buồng sấy: Dài ¿ Rộng ¿ Cao là:

3.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d

Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế

Q 5 G 2 C m G cv C vc t com moi nhat

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail m2 m2

Hình 3.1 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực tế Phương trình cân b[ằng nhiệt cho thiết bị sấy:

Q + Q bs + WC n t m1 + G 2 C m t m1 + LI 1 + G vc C vc t m1 = G 2 C m t m2 + Q 5 + LI 3’ + G vc C vc t m2

Q - Nhiệt lượng cung cấp để gia nhiệt tác nhân sấy

Q bs - Nhiệt lượng bổ sung

Do không dùng thiết bị gia nhiệt cho không khí sau dàn nóng nên Q bs = 0

Q 1 = - WC m t m1 - Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào

G 2 C m (t m2 – t m1 ) = Q m - Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang ra

Q 5 - Nhiệt tổn thất ra môi trường theo kết cấu bao che

G vc C vc (t m2 – t m1 ) = Q vc - Nhiệt lượng tổn thất theo thiết bị vận chuyển

Q 2 = L(I 4’ – I 2 ) - Nhiệt tổn thất do tác nhân sấy

Chia 2 vế (*) cho W và bỏ qua Q bs

Hay l(I 4’ – I 3 ) = C n t m1 - ( q vc + q 5 + q m ) Đặt C n t m1 - (q vc + q 5 + q m ) = - T bổn thất nhiệt để làm bay hơi 1 kg ẩm.

∆= nhiệt lượng bổ sung – nhiệt lượng tổn thất chung

3.6.3 Tính toán tổn thất nhiệt ∆ a) Tính nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường

Nhiệt độ bên ngoài buồng sấy: t f = t 0 = 32 0 C Nhiệt độ bên trong buồng sấy: t f2 = 40 0 C

Buồng sấy có tường làm bằng thép có chiều dày δ=

3 mm Tra bảng phụ lục, ta có hệ số dẫn nhiệt = 46 W/mK Nhiệt tổn thất ra môi trường được tính theo công thức Q 5 = K.F t , (W)

Trong đó: F - Diện tích xung quanh của buồng sấy, m 2

Buồng sấy là hình hộp có các thông số: L ¿ B ¿ H = 2,5 ¿ 2 ¿ 1,2 = 6 (m 3 ) Ta tính tổng diện tích xung quanh của buồng sấy:

 t - Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng sấy , 0 C t = t f1 - t f2 = 40 – 32 = 8 0 C

Hệ số tỏa nhiệt từ tác nhân sấy đến vách trong buồng sấy và từ vách ngoài tới không khí bên ngoài được ký hiệu lần lượt là 1 và 2, với đơn vị là W/m²K Để xác định các hệ số này, phương pháp lặp sẽ được áp dụng.

Giả thiết t w1 = 39,5 0 C (nhiệt độ vách trong của tường ), ta có phương trình cân λ bằng nhiệt: q = 1 (t f1 -t w1 ) = δ

(t w1 -t w2 ) = 2 (t w2 - t f2 ) Với tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy đã chọn ω = 2m/s (tốc độ không khí ω < 5 m/s) nên ta có:

Hệ số toả nhiệt 1 được xác định theo công thức kinh nghiệm, trong đó mật độ dòng nhiệt truyền qua được tính bằng q = 1 (t f1 - t w1 ) = 48,83 (40 – 39,5 ) = 24,415 (W/m²) Nhiệt độ vách ngoài tường được tính theo công thức δ t w2 = t w1 - q λ.

Tra bảng thông số không khí với t m = 35,75 0 C

Ta có Gr.Pr = 1,6.10 9 0,69985 = 1,12 10 9 thuộc khoảng ( 2 10 7 – 1 10 13 )

Hệ số toả nhiệt 2 = l = 1,2 Suy ra : q ’ = 2 (t w2 - t f2 ) = 3,2.(39,5 - 32) = 24 W/m 2

Sai số này rất nhỏ nên các kết quả tính trên có thể chấp nhận được

Vậy, hệ số truyền nhiệt: α 1 λ α 2

Hay K Nhiệt tổn thất ra môi trường trong 1giây là:

- Nhiệt tổn thất ra môi trường trong quá trình sấy:

3.6.4 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qm [1]

Q m = G 2 C m (t m2 – t m1 ), kJ Trong đó: C m = 1,0269 kJ/(kg.K) – Nhiệt dung riêng của Chuối

Nhiệt độ vật liệu sấy vào: t m1 = t 0 = 32 0 C

Nhiệt độ vật liệu sấy ra: t m2 = t f1 = 40 0 C

Vậy nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Suy ra: 3.6.5 Tổn thất nhiệt để làm nóng khay sấy qvc [1]

Khay sấy được làm bằng nhôm có bề dày δ 3,5 mm Theo phụ lục V/271/[2] ta có thông số của nhôm là: C Al = 0,86 kJ/kg; ρ

Al = 2700 kg/m 3 Với diện tích đã tính toán F L ¿ B = 2,5.2 = 5 m 2 Chọn số khay sấy là n = 4 khay.

Vậy tổng diện tích khay sấy là:

F k = F.n = 5.4 = 20 m 2 Khối lượng nhôm để làm khay sấy:

3.6.6 Nhiệt hữu ích do ẩm mang vào q 1 [1] q 1 = - C n t m1 Trong đó: C n - Nhiệt dung riêng của nước, C n = 4,18 kJ/kg a K Vậy: q 1 = - 4,18.32 = -133,76 kJ/kg a

Khi ∆ < 0 và không có cấp nhiệt bổ sung, điểm 4’ trong quá trình sấy thực sẽ lệch sang bên trái so với điểm 4 Đồ thị I-d trong trường hợp sấy thực được thể hiện như vậy.

Quá trình sấy thực

Hình 3.2 :Đồ thị T-d của Quá trình sấy lạnh thực tế

_Điểm 1 ’ : Trạng thái không khí qua một phần dàn lạnh trong sấy thực

_ Điểm 3 :Trạng thái không khí vào buồng sấy :

_Điểm 4 ’ : Trạng thái không khí sau buồng sấy trong quá trình sấy thực tế

2 - 3: Quá trình gia nhiệt trong giàn nóng

3 - 4 ’ : Quá trình sấy thực tế trong buồng sấy

4 ’ - 1 ’ - 2: Quá trình làm lạnh không khí và ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh trong trường hợp sấy thực tế.

3.7.1 Tính toán quá trình sấy thực tế a Thông số tại các điểm nút của đồ thị

Thông số tại các điểm 0,2,3 không thay đổi so với quá trình sấy lý thuyết.

Trong quá trình sấy thực tế tồn tại một giá trị nhiêt lượng tổn thất Δ nên:

Giả sử nhiệt độ t 4’ = 35 o C Dựa vào quá trình sấy thực tế ta có

Ta có φ 1' = 100% d 1 ' = d 4’ = 0,0133 kg/kg kkk

Tra đồ thị I-d ta có t 1’ = 18 o C

Phân áp suất bão hòa hơi nước

Entanpi của không khí tại điểm số 1’

Bảng 3.2 Điểm nút quá trình sấy lạnh thực

Thông số Điểm 0 Điểm 1’ Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4’ t (°C) 32°C 18°C 16 C 40 C 35°C

3.7.2 Tính toán nhiệt quá trình sấy thực tế [1]

-Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat l tt = = 526,32 kg kkk /kg a

-Lưu lượng không khí tuần hoàn trong quá trình sấy

- Lưu lựợng không khí tuần hoàn trong 1 giây:

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm: q tt = I 3 – I 2 = 69,532

- Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:

- Năng suất nhiệt dàn nóng cung cấp để sấy trong 1 giây:

- Nhiệt lượng thực tế để làm ngưng tụ ẩm q ntatt = I 4’ – I 1’ = 69,5 – 52,03 = 17,47 kJ/Kg

-Nhiệt lượng thực tế làm ngưng tụ ẩm

Q ntatt = L tt (q nta - ∆ )= 78948.(17,47 +13,9988) = 15991914,99 kW -Lượng nhiệt cần thiết để tách 1kg nước thực tế: q dltt = I 4’ – I 2 = 69,5 – 44,913= 24,587 kJ/Kg

-Lượng nhiệt dàn lạnh thu được cho cả quá trình sấy thực tế

Q dltt = L tt (q dltt - ∆ ¿ = 78948 ( 24,587 +13,9988) = 3046271,738 kJ -Năng suất lạnh dàn lạnh cung cấp để làm lạnh trong 1 giây

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT

Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt (Cơ sở lý thuyết )

4.1.1 Môi chất và cặp môi chất

Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu tương tự như máy lạnh, nhưng có những yêu cầu đặc biệt liên quan đến nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn Điều này dẫn đến việc sử dụng các loại môi chất truyền thống như R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin Gần đây, xu hướng chuyển sang sử dụng các môi chất mới như R21, R113, R114, R12B1 và R142 nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt độ dàn ngưng của bơm nhiệt.

Máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt, tương tự như trong máy lạnh Các loại máy nén như máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin đều được ứng dụng trong bơm nhiệt Để đảm bảo hiệu suất, máy nén bơm nhiệt cần phải có độ bền cao, tuổi thọ lâu dài, hoạt động êm ái và hiệu suất tốt trong cả điều kiện thiếu tải và đủ tải.

4.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt

Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt bao gồm thiết bị bay hơi và ngưng tụ, tương tự như máy lạnh, nhưng máy lạnh còn có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ Thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt có nhiều dạng như ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm Phương pháp tính toán cho các thiết bị này cũng giống như trong chế độ điều hoà nhiệt độ.

4.1.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệt

Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt tương tự như thiết bị phụ của máy lạnh, nhưng yêu cầu về độ tin cậy và công nghệ gia công cao hơn do nhiệt độ hoạt động cao hơn Điều này cũng ảnh hưởng đến yêu cầu về dầu bôi trơn và các loại đệm kín trong hệ thống.

Bơm nhiệt hoạt động ở áp suất và nhiệt độ gần giới hạn tối đa, do đó, cần thiết phải có các thiết bị tự động với độ tin cậy cao để ngăn ngừa hư hỏng khi vượt quá giới hạn cho phép Ngoài ra, vì bơm nhiệt có chế độ làm việc khác với máy lạnh, nên việc sử dụng van tiết lưu phù hợp là rất quan trọng.

4.1.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt

Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là các thiết bị hỗ trợ, được thiết kế để phù hợp với từng phương án sử dụng của bơm nhiệt Những thiết bị này bao gồm nhiều loại khác nhau, mỗi loại mang đến những lợi ích riêng cho hệ thống bơm nhiệt.

Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ diesel hoặc động cơ gió…

Có nhiều phương án sử dụng nhiệt thu từ dàn ngưng tụ, bao gồm sưởi ấm trực tiếp hoặc gián tiếp qua vòng tuần hoàn chất tải nhiệt Nhiệt này có thể được áp dụng trong các lĩnh vực như sấy, nấu ăn và hút ẩm Mỗi phương án yêu cầu các thiết bị hỗ trợ khác nhau để đảm bảo hiệu quả sử dụng.

Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi rất đa dạng, bao gồm việc sử dụng dàn lạnh đồng thời với nóng, trong đó dàn bay hơi có thể hoạt động như buồng lạnh hoặc chất tải lạnh Ngoài ra, dàn bay hơi còn có thể được đặt ngoài không khí hoặc sử dụng nước giếng làm môi trường cấp nhiệt Một số phương án khác bao gồm dàn bay hơi đặt dưới nước, dưới đất hoặc tận dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nhiệt.

Các thiết bị điều khiển tự động kiểm tra hoạt động của bơm nhiệt và các thiết bị hỗ trợ Chúng giúp điều chỉnh các thiết bị phụ trợ ngoài bơm nhiệt, đảm bảo sự phù hợp và hiệu quả trong quá trình hoạt động của bơm nhiệt.

Chọn môi chất nạp

Môi chất sử dụng trong bơm nhiệt cần đáp ứng các yêu cầu tương tự như máy lạnh, với các loại phổ biến như R12, R22, R502, R21, R113 và R114 Vì bơm nhiệt hoạt động ở nhiệt độ cao, việc lựa chọn môi chất có nhiệt độ sôi cao là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh chuyên cung cấp nhiệt năng với ứng dụng đa dạng, trong đó R22 được lựa chọn làm môi chất lạnh cho bơm nhiệt nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.

Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên môi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy.

Gọi - t w2 là nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng Theo yêu cầu thì t w2 = 40 0 C

- Δt k là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió, Δt k = (10 – 15 0 C).

Ta chọn Δt k = 10 0 C Khi đó, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất là: t k = t w2 + Δt k = 40 + 10 = 50 0 C

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh có thể lấy như sau: t0 = tb - Δt

0 t b - nhiệt độ không khí sau dàn bay hơi Theo yêu cầu của hệ thống sấy t b = 16 0 C Δt 0 : Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Hiệu nhiệt độ tối ưu là Δt

Như vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t 0 = 16 – 8 = 8 0 C

Để đảm bảo máy nén hoạt động hiệu quả và không hút phải lỏng, cần thiết phải đảm bảo rằng hơi hút vào máy nén là hơi quá nhiệt Công thức tính nhiệt độ hơi quá nhiệt là th = t0 + Δt h.

Với môi chất R22, ta chọn Δt h = 25 0 C Vậy nhiệt độ hơi hút là: t h = 3 + 25 = 28 0 C

Tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh

Với nhiệt độ bay hơi t 0 và nhiệt độ ngưng tụ t k đã chọn, tra bảng tính chất nhiệt động của

R22 ở trạng thái bão hòa ta có áp suất bay hơi và ngưng tụ tương ứng là: t 0 =8 0 C → p 0 = 6,4041 bar t k P 0 C → p k = 19,326 bar

Như vậy, ta có tỉ số nén: π = p k p 0

Với nên ta chọn máy nén 1 cấp.Mặt khác, môi chất lạnh sử dụng ở đây là

R22 nên ta chọn sơ đồ máy nén lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt.

4.3.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc

Hình 4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy sấy lạnh

Hơi môi chất sau khi rời thiết bị bay hơi được đưa vào thiết bị hồi nhiệt, nơi nó nhận nhiệt đẳng áp từ lỏng cao áp và trở thành hơi quá nhiệt 1’ Hơi quá nhiệt này được hút về máy nén, nơi nó được nén từ áp suất bay hơi p 0 lên áp suất ngưng tụ p k Sau đó, hơi cao áp 2 vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho tác nhân sấy và ngưng tụ thành lỏng sôi 3 Lỏng cao áp 3 tiếp tục vào thiết bị hồi nhiệt, nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng chưa sôi 3’ Cuối cùng, lỏng 3’ đi vào van tiết lưu, giảm áp suất xuống p 0 (điểm 4) và trở lại thiết bị bay hơi, nhận nhiệt từ tác nhân sấy để hóa hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hòa ẩm, khởi động lại chu trình.

4.3.3 Xây dựng đồ thị và lập bảng xác định các giá trị tại các điểm nút

Hình 4.2 Đồ thị T-s và logP-i của chu trình lạnh

Trạng thái : 1-1’: Quá nhiệt hơi môi chất trong thiết bị hồi nhiệt.

1’-2: Nén đoạn nhiệt hơi môi chất từ p 0 đến p k 2-3: Làm mát và ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bi ngưng tụ.

3-3’: Quá lạnh lỏng cao áp trong thiết bị hồi nhiệt.

3’-4: Quá trình tiết lưu đẳng Entanpi.

4-1 : Quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi.

Bảng các thông số tại các điểm nút của đồ thị:

Bảng tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hòa và hơi quá nhiệt được trình bày trong tài liệu "Môi chất lạnh" của Nguyễn Đức Lợi và Phạm Văn Tùy, nằm trong khoảng trang 167-182 Bảng này cung cấp các thông số nhiệt động quan trọng của R22, giúp người đọc dễ dàng tham khảo và ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan.

Bảng 4.1 Thông số nhiệt động của môi chất trên đồ thị

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cung cấp nhiệt Điểm Trạng thái t, °C P, bar i, kJ/kg s, kJ/kgK

Nhiệt độ điểm 3’ được xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt, với giả thiết bỏ qua các tổn thất Công thức tính là i 3’ = i 3 + i 1 – i 1’, trong đó i 3 = 262,03 kJ/kg, i 1 = 405,97 kJ/kg, và i 1’ = 421,728 kJ/kg Kết quả tính toán cho nhiệt độ điểm 3’ là 246,272 kJ/kg.

Như vậy độ quá lạnh Δt ql = 50 – 37,7 = 12,3 0 C 4.1.6 Tính toán chu trình

Lưu lượng môi chất tuần hoàn qua hệ thống:

Lưu lượng môi chất tuần hoàn được xác định từ năng suất lạnh của dàn bay hơi Q0 và công suất nhiệt Qk của dàn ngưng tụ Trong chương 4, chúng ta đã tiến hành các phép tính cần thiết để xác định các giá trị này.

Xem hiệu suất của dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau: η

Vậy công suất dàn ngưng của bơm nhiệt:

Công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt:

Do môi chất tuần hoàn trong bơm nhiệt nên lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh bằng nhau.

+ Lưu lượng môi chất qua dàn lạnh:

+ Lưu lượng môi chất qua dàn nóng:

Ta thấy lưu lượng môi chất qua dàn nóng và dàn lạnh theo tính toán không bằng nhau

Do đó để đảm bảo công suất của toàn hệ thống thì ta chọn lưu lượng lớn nhất Tức là: G

= max(G 0 , G k ) = G 0 = 0,69 kg/s Khi đó công suất nhiệt sẽ là:

Q k’ = G(i 2 – i 3 ) = 0,69.(452,338 - 262,03) = 131,31 kW Công suất nhiệt sẽ thừa một lượng là: ΔQ k = Q k’ – Q k = 131,31 – 111 = 20,1 kW.

Phụ tải của thiết bị hồi nhiệt:

Công tiêu thụ của máy nén:

4.3.4 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt:

Do sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số nhiệt của bơm nhiệt được tính theo công thức: q k +q 0 = 2 q 0+l = 2.159,698+21,12 ϕ = l l 21,12 = 16,12

* Nhiệm vụ của máy nén lạnh

Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất của các hệ thống lạnh nén hơi Máy nén có nhiệm vụ:

- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi.

- Duy trì áp suất P 0 và nhiệt độ t 0 cần thiết.

- Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước hoặc không khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ.

Quá trình tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống được thực hiện thông qua việc đưa lỏng qua van tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, giúp thu hồi nhiệt từ môi trường lạnh và thải nhiệt ra môi trường nóng.

Với môi chất R22 ta chọn loại máy nén pittông nửa kín

4.2.1 Tính toán chu trình ở chế độ yêu cầu

- Năng suất khối lượng thực tế: G = 0,69 kg/s.

- Năng suất thể tích thực tế:

Tại trang 68 của cuốn "Môi chất lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi và Phạm Văn Tùy, bảng 9 trình bày các tính chất nhiệt động của R22 ở trạng thái bão hòa Ở nhiệt độ hơi hút 80°C, giá trị thể tích riêng v đạt 36,89 x 10^-3 m³/kg.

- Hệ số cấp của máy nén: V q lt

Hệ số cấp của máy nén không phải là giá trị cố định mà biến đổi theo chế độ làm việc của hệ thống Hình 7-4 cho thấy mối quan hệ giữa hệ số cấp và hiệu suất chỉ thị, phụ thuộc vào tỷ số nén.

Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, với môi chất R22 ta có λ

- Thể tích hút lý thuyết: V lt = V tt / λ

- Năng suất lạnh riêng khối lượng: q 0 = i 1 – i 4 = 405,97 – 246,272 = 159,698 kJ/kg

* Năng suất lạnh riêng thể tích:

4.2.2 Tính toán năng suất lạnh tiêu chuẩn

Công suất lạnh của máy nén chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ vận hành thực tế, thường khác với thông số trong catalog Để lựa chọn máy nén phù hợp, cần quy đổi năng suất lạnh từ chế độ vận hành sang chế độ quy chuẩn.

Tra bảng 7-1-trang 220 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi Với

R22, chế độ tiêu chuẩn là: t 0 = -15 0 C; t qn = 15 0 C; t k = 30 0 C; t ql = 25 0 C.

Bảng 4.2 Thông số trạng thái của các điểm nút trên đồ thị Điể Trạng thái

P T v.10 3 i m bar 0 C m 3 /kg kJ/kg kJ/kgK

Tính toán chế độ tiêu chuẩn:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat π q tc p k 11,908 p 0

Dựa vào hình 7-4: hệ số cấp và hiệu suất chỉ thị phụ thuộc vào tỷ số nén – trang 215 -

Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nguyễn Đức Lợi,với môi chất R22 ta có λ tc = 0,76

* Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn: q 0tc = i 1 – i 4 = 399,16 - 230,50 = 168,66 kJ/kg * Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: q vtc q 0 tc

* Năng suất lạnh tiêu chuẩn:

(https://www.bitzer.de/websoftware/Calculate.aspx? cid54341153765&mod=HHK): chọn máy nén pittong nửa kín BITZER,

Bảng 4.3 : Thông số của máy nén pittong nửa kín BITZER

Tổn thất năng lượng và công suất động cơ

* Hiệu suất chỉ thị: η i = T 0 +b q qt 0 = 8+273

* Công suất hửu ích: N e = N i + N ms

- Công tiêu tốn để thắng lực ma sát: N ms = p ms V tt

Theo Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, với máy nén R22 ngược dòng: p ms = (19 ÷ 34) kPa Ta chọn p ms = 20 kPa.

* Công suất điện tiêu thụ: N el = η td q η el η td - Hiệu suất truyền động Với máy nén nửa kín: η td = 1 η el - Hiệu suất động cơ điện η el = (0,8 – 0,95) Chọn η el = 0,9.

* Công suất động cơ điện lắp đặt: N dc = (1,1 – 2,1).N el

4.3.6 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt không khí)

Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có vai trò quan trọng trong việc gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy, chuyển đổi không khí từ trạng thái bão hòa sau dàn lạnh đến nhiệt độ và độ ẩm cần thiết cho quá trình sấy Việc sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt thay cho thiết bị gia nhiệt truyền thống giúp giảm chi phí điện năng, từ đó hạ thấp chi phí lắp đặt và vận hành hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt.

Chúng tôi đã chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức từ nguồn https://hoangbach.vn/dan-trao-doi-nhiet/dan-ngung-tu-dan-nong.html?fbclid=IwAR1NL Cấu tạo của thiết bị được thể hiện trong hình vẽ sau.

Do môi chất sử dụng là Freon R22, ống dẫn môi chất trong dàn ngưng nên được làm bằng ống đồng cánh nhôm Với công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt là Qk = 111 kW, ta lựa chọn hai dàn ngưng có thông số tương tự.

4.3.7 Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí)

Dàn bay hơi có khả năng hấp thụ nhiệt từ không khí bên ngoài, làm giảm nhiệt độ không khí xuống dưới điểm sương, giúp tách ẩm trước khi không khí vào dàn Đồng thời, dàn cũng chuyển hóa môi chất bên trong từ trạng thái lỏng sang hơi bão hòa.

* Chọn loại dàn bay hơi

Dàn bay hơi được sử dụng để làm lạnh không khí, vì vậy chúng ta chọn loại dàn bay hơi làm lạnh không khí theo phương thức cưỡng bức Cấu trúc của dàn bay hơi được thể hiện trong hình vẽ Khi làm lạnh không khí đến điểm sương, dàn bay hơi sẽ có máng hứng nước ngưng ở phía dưới để thu gom nước.

Từ nguồn: http://vattulanh.vn/san-pham/dan-lanh-cong-nghiep-meluck/, với Q 0 = 111,1 kW

Ta chọn dàn lạnh DL112/634A có thông số:

Diện tích trao đổi nhiệt: 30 m2

Chọn Đường ống dẫn môi chất

* Lưu lượng thể tích môi chất qua ống đẩy: m 3 /s.

* Tốc độ môi chất trong ống đẩy:

Theo bảng 10-1 trang 345 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi:

Tốc độ dòng chảy thích hợp, với môi chất R22, ω h =(8 – 15) m/s Ta chọn ω h = 15 m/s.

* Đường kính trong của ống:

Theo bảng 10-2 trong sách "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của Nguyễn Đức Lợi, khi chọn ống cho máy lạnh sử dụng Freôn, cần chú ý đến các thông số kỹ thuật Cụ thể, đường kính trong của ống là 40,5 mm và đường kính ngoài là 45 mm.

* Lưu lượng thể tích môi chất qua ống hút:

* Tốc độ môi chất trong ống hút:

Theo bảng 10-1 trang 345 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi:

Tốc độ dòng chảy thích hợp, với môi chất R22, ω h =(7 – 12) m/s Ta chọn ω h = 12 m/s.

* Đường kính trong của ống: d td = = 0,089 m.

Theo bảng 10-2 trong sách "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của Nguyễn Đức Lợi, khi thiết kế hệ thống lạnh sử dụng máy lạnh Freôn, cần chọn loại ống có đường kính trong là 100 mm và đường kính ngoài là 111 mm.

TÍNH TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT

4.5.1 Tính toán đường ống dẫn tác nhân sấy.

Theo sơ đồ bố trí hệ thống, cần chế tạo một hệ thống dẫn không khí từ quạt vào buồng sấy Diện tích mặt cắt của hệ thống này được xác định dựa trên công thức cụ thể.

- Trong đó : - F : Diện tích tiết diện đường ống dẫn, m 2

- - V : Lưu lượng không khí trong đoạn ống, m 3 /s.

- - ω : Tốc độ không khí trong ống, m/s.

- Để lựa chọn tốc độ gió thích hợp là một bài toán kinh tế kỹ thuật phức tạp Bởi vì:

Khi lựa chọn tốc độ lớn, đường kính ống sẽ nhỏ hơn, giúp giảm chi phí đầu tư Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến trở lực của hệ thống tăng cao và độ ồn do khí động của dòng không khí cũng gia tăng.

Khi lựa chọn tốc độ gió thấp, đường kính ống sẽ lớn hơn, dẫn đến chi phí đầu tư cao và khó khăn trong lắp đặt, nhưng sẽ giảm độ ồn Để đảm bảo phù hợp với hệ thống, tốc độ gió trong kênh dẫn gió được chọn là 8 m/s.

- * Tính lưu lượng không khí

Trong chương 3 ta đã tính toán được lưu lượng không khí tuần hoàn trong 1 giây là G kk

Với lưu lượng không khí là 2,16 kg/s và nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 37,5 °C, theo bảng phụ lục 25 về thông số vật lý của không khí khô trong giáo trình "Lý thuyết, tính toán và thiết kế hệ thống sấy" của tác giả Bùi Trung Thành, ta có thể xác định được mật độ không khí.

= 1,137 kg/m 3 Khi đó ta có:

* Đường kính ống dẫn không khí:

Ta chọn đường kính ống dẫn là d = 550 mm.

*Xác định chiều dài đường ống:

Chiều dài tổng cộng của đường ống gió trong hệ thống được xác định từ sơ đồ bố trí, với chiều dài khoảng 3m từ bộ xử lý không khí đến miệng thổi vào buồng sấy.

4.5.2 Tính toán trở lực của hệ thống a) Tổn thất áp suất trên đường ống gió * Tổn thất ma sát:

Tổn thất ma sát được tính theo công thức 10-7 – trang 353- Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi

- Hệ số tổn thất ma sát.

+ d – Đường kính trong tương đương của ống, d = 0,55m

+ ω - Tốc độ không khí trong ống ω = 8 m/s.

- Khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ 40 0 C.

Theo bảng Phụ Lục 25 trong giáo trình "Lý thuyết, tính toán và thiết kế hệ thống sấy" của Bùi Trung Thành, thông số vật lý của không khí khô tại nhiệt độ 40°C được xác định như sau: mật độ không khí ρ = 1,128 kg/m³ và độ nhớt động học ν = 16,96 x 10⁻⁶ m²/s.

Với ống mỏng bề mặt trong láng, tiết diện tròn và Re > 10 5 thì: c) λ = = 0,014

* Tổn thất cục bộ ΔP cb

Hệ thống đường ống gió gồm có:

+ 2 cút cong tiết diện tròn 4 đốt với góc cong 90 0 Trang 360 ,ta được ξ=0 ,27

+ 1 van điều chỉnh gió tiết diện tròn Trang 360 ,ta được ξ=0,19

+ 1 côn mở rộng từ ống dẫn ra buồng sấy Trang 360 với góc α từ 45 – 90 0 thì ξ=0,9−1 Ta chọn ξ=0,9

+ 1 côn thu nhỏ từ buồng sấy vào bộ xử lý không khí Với góc α khoảng 30 0 thì ξ=0,8

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức:

. Vậy tổng tổn thất trên đường ống gió: d) ΔP 1 = = 2,75 + 87,7 = 90,46 mmH 2 O b) Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống

: trở lực của thiết bị lọc bụi, buồng xử lý không khí, buồng sấy.

Trở lực của thiết bị lọc bụi thay đổi tùy theo kiểu lọc, và trong hệ thống này, với mật độ bụi không cao, bộ lọc bụi kiểu lưới được lựa chọn Theo mục 9.2.2.5 trong tài liệu, trở lực của lưới lọc nằm trong khoảng 30 đến 40 Pa, và chúng tôi đã chọn trở lực cụ thể là 35 Pa, tương đương với 3,57 mmH2O cho hệ thống sấy này.

Trở lực của buồng sấy phụ thuộc vào kiểu dáng, cách bố trí sản phẩm và mật độ sấy, ảnh hưởng đến mức độ trở lực lớn hay nhỏ Thông thường, trở lực buồng sấy được xác định dựa trên kinh nghiệm và trong hệ thống sấy này, giá trị trở lực được chọn là 5 mmH2O.

Trở lực qua buồng xử lý không khí được tính theo công thức: ΔP'=(30÷70) ρ.ω 2

, mmH 2 O Với ω = 2 m/s ta chọn trở lực qua buồng xử lý không khí là 68 mmH 2 O.

Như vậy tổng tổn thất trở lực của hệ thống là: ΔP = ΔP 1 + ΔP 2 = 90,46 + 76,57 = 298,3 mmH 2 O )25,33 Pa

Theo Giáo trình Lý thuyết, tính toán và thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành, ta có năng suất của quạt N là:

Trong đó: V - lưu lượng ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, m 3 /h ΔP- tổng cột áp quạt phải thực hiện, mmH 2 O k - hệ số dự phòng, k =(1,1 ¿ 1,2) Chọn k = 1,1 η q - hiệu suất của quạt, η q =(0,4÷0,6 )

0 - khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m 3 ρ 0 =1 ,293 kg/m 3 ρ - khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình TNS, kg/m 3

Từ năng suất quạt N=11,52 (Kw), lưu lượng V và cột áp ΔP theo https://ifan.com.vn/san- pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật của quạt ly tâm cao áp

Số vòng quay: n = 2930 Vg/ph

Tính thời gian hoàn vốn và bản vẽ thiết kế

Thời gian hoàn vốn

Thời gian hoàn vốn của thiết bị sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giá thành thiết bị, chi phí sản phẩm sau sấy, giá nguyên liệu, chi phí điện năng và tiền thuê nhân công.

* Theo giá thành của thị trường hiện nay giá của một gói chuối sấy có khối lượng 250g dao động trong khoảng 43.500 VNđ ( đã tính đến đóng gói mặt hàng )

Nhóm em chọn giá chuối sấy loại 250g sẽ là 43.500 VNđ, như vậy giá của 1 kg mít sấy sẽ là:

T s = 43.500.4 = 174.000 VNđ Tuy nhiên với giá bán của nhà sản xuất, ta chỉ lấy T s = 164.000 VNđ

Như vậy với sản lượng một mẻ sấy là 50 kg thì ta tính được số tiền thu được sau 1 mẻ sấy là:

Mẻ sấy có giá trị là 8.200.000 VNđ, với chi phí mua 1kg chuối tươi trên thị trường là 15.000 đồng Năng suất của buồng sấy đạt 200 kg/mẻ, trong khi phần thịt ăn được của trái chuối chiếm khoảng 90%.

95% trọng lượng quả [3] Ta xem phần thịt ăn được chiếm 90% Như vậy, giá thành mua nguyên liệu để sấy mẻ là:

TNL = 200 ¿ 15000 ¿ 100/90 = 3.333.333 VNđ/mẻ Khoản đầu tư ban đầu cho việc xây dựng hầm sấy, mua quạt, máy nén, dàn ngưng và chi phí bảo dưỡng, sửa chữa trong quá trình sấy ước tính tổng vốn đầu tư cho toàn bộ buồng sấy đạt khoảng 300 triệu VNđ.

Bảng 5.1 : Số liệu vật tư cần cho máy sấy lạnh

Sản phẩm Số lượng Giá tiền Công suất

Dàn ngưng tụ 2 Liên hệ 120 KW

Dàn bay hơi 1 Liên hệ 112 KW

Quạt ly tâm 1 22.000.000 VNĐ 15 KW

Bảo vệ mất pha 1 1.830.000 VNĐ - Đèn báo 3 45.000 VNĐ -

Máy đo nhiệt độ và độ ẩm 1 662.000 VNĐ - không khí

Nút nhấn 3 21.000 VNĐ - Ống đồng 4 720.000 VNĐ -

* Tiền nhân công 1 người là: 180 000 VNđ/1người

Số công nhân phục vụ: 2 người chia làm 1 ca tối, mỗi ca 8 tiếng.

Vậy chi phí cho nhân công là: 180 000 x 2 = 360.000 VNđ/1mẻ

* Chi phí điện năng gồm các thiết bị: máy điều hòa, quạt, đèn chiếu sáng Giá điện công nghiệp:

Bảng 5.2: Giá điện bán lẽ của tập đoàn EVN

Chí phí điện năng để sấy 1 mẻ là : ( chủ yếu vào ca tối từ 22 h đến 6 h )

(Tổng điện năng tiêu thụ) x (Giá điện 1kWh) x (Thời gian sấy)

= (294 x 970 x 6)+(294x1.536 x4,163)= 3.590.024 VNđ/mẻ Tổng chi phí cho một mẻ sấy là:

* Lãi suất thu được sau mổi mẻ sấy là:

Lãi suất năm mà hệ thống đem lại:

Chuối có thể được thu hoạch quanh năm, và nếu hệ thống sấy chuối hoạt động liên tục, có thể sấy Mít suốt 365 ngày trong năm Mỗi ngày, hệ thống có khả năng sấy một mẻ, với thời gian sấy cho mỗi mẻ là 11 tiếng.

Tuổi thọ của hệ thống có thể đạt N = 10 năm.

* Khấu hao tài sản cố định của hệ thống trong 1 năm là: i = 10%.

Xem giá trị còn lại của hệ thống là 0 VNđ (Các thiết bị hết giá trị sử dụng) và thu nhập hàng năm là đều.

Ta có công thức tính thời gian hoàn vốn:

Vậy thời gian hoàn vốn của hệ thống khi làm việc không gặp trở ngại là 0,97 năm

Bản vẽ và bản vẽ chi tiết

Tiêu đề	Thiết Kế Máy Sấy Lạnh Nguyên Liệu Chuối Với Năng Suất 50 Kg/ 1 Mẽ
Tác giả	Nguyễn Lê Tuấn Anh, Diệp Thanh Bình, Nguyễn Thế Dũng
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Nhiệt Lạnh
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	2,37 MB