tính toán chế tạo hệ thống sấy mực

TỔNG QUAN

Giới thiệu về vật liệu sấy

Việt Nam, với hình dáng cong như chữ S, nằm ở phía Đông bán đảo Đông Dương thuộc khu vực Đông Nam Á Nước này giáp biển Thái Bình Dương ở phía Đông, Nam và Tây Nam, trong khi phía Tây và Bắc tiếp giáp với lục địa châu Á Phần đất liền của Việt Nam kéo dài từ Bắc vào Nam.

Việt Nam nằm giữa vĩ độ 23° đến 08°02' Bắc và kinh độ 102°08' đến 109°28' Đông, với chiều dài đất liền khoảng 1.650 km từ Bắc xuống Nam và rộng nhất 600 km từ Đông sang Tây, nơi hẹp nhất chỉ 50 km Tổng chiều dài biên giới đất liền của Việt Nam là 3.730 km, bao gồm 1.150 km giáp với Trung Quốc ở phía Bắc, 1.650 km giáp với Lào ở phía Tây và 930 km giáp với Campuchia.

Cộng hòa Philippin, Cộng hòa Inđônêxia, Cộng hòa Singapo, Cộng hòa Brunây và Liên bang Malaixia nằm qua biển Đông và vịnh Thái Lan Việt Nam có diện tích đất liền là 329.297 km² và vùng biển rộng hơn 1 triệu km² Khí hậu Việt Nam chịu ảnh hưởng từ gió mùa châu Á, với lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.500 - 2.000 mm và độ ẩm khoảng 85% Lãnh thổ chủ yếu là đồi núi, với hướng núi chính là Tây Bắc - Đông Nam, chia cắt địa hình thành nhiều vùng đặc thù Địa hình Bắc Bộ giống chiếc rẻ quạt với đồi núi bao quanh đồng bằng, trong khi Trung Bộ có địa hình dài và hẹp Nam Bộ tương đối bằng phẳng hơn Các vùng đồng bằng ven biển có diện tích nhỏ, với các khu vực đánh bắt mực tập trung quanh đảo Cát Bà, Cái Chiên, Cô Tô, Hòn Mê-Hòn Mát và Bạch Long Vĩ vào mùa xuân, cũng như ở Phan Rang, Phan Thiết, Vũng Tàu, Cà Mau và quanh Côn Đảo, Phú.

Quốc Mực được khai thác quanh năm, tuy nhiên cũng có 2 vụ chính: Vụ Bắc (tháng 12-

4) và vụ Nam (tháng 6-9) Các loài nghề khai thác mực kết hợp ánh sáng như nghề câu mực, nghề mành đèn, nghề vó, chụp mực Lợi dụng tính hướng quang dương của mực, ta đưa nguồn ánh sáng mạnh xuống dưới nước, dễ dàng nhận thấy quần thể mực tập trung rất đông trong quầng ánh sáng đó Do đó, ở Việt nam cũng như các nước khác đều sử dụng các phương pháp khai thác kết hợp ánh sáng Sản lượng khai thác mực ống trên toàn vùng biển Việt nam hằng năm khoảng 24.000 tấn, trong đó vùng biển miền Nam có sản lượng cao nhất là khoảng trên 16.000 tấn (chiếm 70%), vịnh Bắc Bộ chiếm sản lượng lớn thứ nhì, khoảng 5000 tấn (20%), còn biển miền Trung có sản lượng thấp nhất khoảng 2.500 tấn (10%) Mực của Việt Nam xuất khẩu sang hơn 30 thị trường nước ngoài, với doanh thu hằng năm đạt khoảng hơn 50-60 triệu USD tính trên cả sản phẩm đông lạnh tươi và sản phẩm khô Bờ biển Việt Nam trải dài hơn 3.260 km Trung bình khoảng 20 km chiều dài bờ biển có một cửa sông thông ra biển Các cửa sông này chịu ảnh hưởng của chế độ thuỷ triều khá phức tạp

1.1.2 Đặc điểm sinh học của mực

Mực là một trong những loại thủy sản phong phú tại Việt Nam, với sản lượng khai thác mực ống hàng năm đạt khoảng 24.000 tấn Trong đó, sản lượng xuất khẩu đạt từ 2.000-3.000 tấn, mang lại doanh thu khoảng 50-60 triệu USD mỗi năm Tuy nhiên, giá bán sản phẩm mực xuất khẩu của Việt Nam còn thấp do chất lượng chưa đáp ứng được yêu cầu của các thị trường khó tính như Nhật Bản, Hoa Kỳ và một số nước châu Âu.

Mực là loài nhuyễn thể chân đầu, có cấu tạo thân mềm và không xương sống Chúng không phân đốt và sử dụng chân hoặc râu để bắt mồi Khối lượng của mực thay đổi tùy thuộc vào từng loại.

Mực có kích thước rất đa dạng, từ những loài nhỏ chỉ 10 – 20 mm đến những loài lớn lên tới vài mét Với biên độ sinh thái rộng và phương thức sống phong phú, mực phân bố rộng rãi ở các vùng biển và đại dương toàn cầu, đặc biệt là tại khu vực biển Thái Bình Dương Chúng thường sinh sống ở những khu vực nước ấm và sâu, có thể đạt độ sâu lên đến 5000 mét.

Mực ống, chủ yếu sống ở độ sâu 6000 m, thường cư trú ở tầng đáy, nhưng một số loài cũng sống ở tầng trên Chúng ăn giáp xác và động vật nhỏ, chủ yếu là sinh vật nổi Đời sống của mực rất ngắn, thường chết sau khi đẻ trứng Vào mùa xuân, khi nhiệt độ nước biển tăng, mực tập trung thành đàn và di cư vào vùng ven bờ để sinh sản Theo điều tra mới nhất, vùng biển Việt Nam có tới 25 loài mực ống thuộc bộ Teuthoidea, chủ yếu sống ở độ sâu trên 100 m, với mật độ cao nhất ở vùng biển sâu khoảng 30 - 50 m, cùng một số loài sống ở độ sâu dưới 100 m.

Mực ống là loài động vật nhạy cảm với sự thay đổi của điều kiện thủy văn, thời tiết và ánh sáng, dẫn đến sự di chuyển theo mùa, ngày và đêm Vào ban ngày, khi ánh sáng mặt trời làm nhiệt độ nước bề mặt tăng lên, mực ống thường lặn sâu xuống dưới để tìm kiếm môi trường sống ổn định hơn.

Vào ban đêm, khi nhiệt độ bề mặt giảm, các quần thể mực ống di chuyển từ lớp nước tầng đáy lên bề mặt.

Mực có mặt rộng rãi và trữ lượng phong phú, với khoảng 100 loài được phát hiện, trong đó 30 loài chủ yếu được khai thác.

Mực mai là loài mực có hình dáng bầu dục dẹp với kích thước trung bình từ 180 - 300 mm và trọng lượng khoảng 200 - 500g Trên lưng mực có một mai trắng xốp hình bầu dục, trong thân chứa túi mực màu đen Loài này phân bố rộng rãi ở vùng Thái Bình Dương, sống chủ yếu ở tầng giữa và tầng đáy Mùa vụ khai thác mực mai diễn ra từ tháng 10 đến tháng 12.

Mực ống, với hình dạng giống như cái ống, có cấu trúc đặc biệt với một lớp vỏ sừng trên lưng và túi mực trong bụng Chiều dài thân mực ống gấp 6 lần chiều rộng, đuôi nhọn, sống ở tầng mặt và tầng giữa vùng biển xa bờ Với tính hướng quang cao, ngư dân thường sử dụng ánh sáng để thu hút và bắt mực Kích thước trung bình của mực ống dao động từ 200 đến 400mm và khối lượng khoảng 150 đến 200g.

Hình 1.3 Mực ống Thái Bình Dương

Là loài mực có cơ thể lớn, nhìn bề ngoài vừa giống mực nang, vừa giống mực ống

Mực có chiều dài thân từ 250 - 400 mm, với tỷ lệ chiều dài gấp 3 lần chiều rộng Tại Việt Nam, loài mực này phân bố ở cả ba vùng biển Bắc, Trung, Nam, nhưng tập trung chủ yếu ở Vịnh Bắc Bộ, Phú Yên, Khánh Hòa và Bình Thuận Mùa vụ khai thác diễn ra quanh năm, trong đó chính vụ rơi vào các tháng 1 - 3 và tháng 6 - 9.

Mực thẻ, có hình dạng tương tự mực ống nhưng kích thước nhỏ hơn, dài gấp 3 - 4 lần chiều rộng và đầu bằng không nhọn Loài mực này sống chủ yếu ở tầng mặt và tầng giữa của biển, có tính hướng quang mạnh và phân bố rộng rãi khắp Việt Nam, với vụ mùa gần giống như mực ống.

Phân loại dựa vào tiêu chí chiều dài lớn nhất tính từ đầu đến đuôi mực, có hai loại:

Loại 2s dài 14 - 16 cm Loại 3s dài 12 - 14 cm Loại 4s dài 8 - 10 cm

- Loại lớn: Loại 4l dài 32 - 40 cm

1.1.4 Thành phần dinh dưỡng của mực

Quy trình sấy mực

 Khái niệm về quá trình sấy

Quá trình sấy là phương pháp làm khô vật thể thông qua bay hơi, chủ yếu áp dụng cho các vật ẩm chứa nước hoặc dung môi hữu cơ Để đạt được hiệu quả, quá trình sấy cần tác động cơ bản đến các vật thể ẩm, nhằm loại bỏ lượng lỏng bên trong chúng.

- Cấp nhiệt cho vật ẩm trong vật hóa hơi

- Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường

Quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm cao diễn ra qua ba giai đoạn chính: giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy với tốc độ không đổi và giai đoạn giảm tốc độ sấy Mặc dù các giai đoạn này có thể dễ dàng phân biệt trong điều kiện sấy tiêu chuẩn, nhưng trong các trường hợp khác, chúng có thể đan xen và khó phân định hơn.

 Giai đoạn làm nóng vật

Giai đoạn sấy bắt đầu khi vật được đưa vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng, kéo dài cho đến khi nhiệt độ vật đạt mức kế ước Trong quá trình này, toàn bộ vật được gia nhiệt, giúp ẩm lỏng trong vật đạt đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất hơi nước trong không khí buồng sấy.

Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật giảm do bay hơi, trong khi nhiệt độ của vật tăng dần cho đến khi đạt nhiệt độ kế ước Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ không đồng đều giữa phần ngoài và phần trong của vật, với vùng trong đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với các vật liệu dễ sấy, giai đoạn làm nóng diễn ra nhanh chóng.

 Giai đoạn sấy với tốc độ không đổi

Sau khi kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ của vật sẽ ổn định và bằng với nhiệt độ kế ước Khi tiếp tục cung cấp nhiệt và ẩm, nước trong vật sẽ bắt đầu hóa hơi mà không làm thay đổi nhiệt độ của vật Quá trình này diễn ra ở lớp bề mặt vật liệu, trong khi ẩm lỏng bên trong sẽ truyền ra ngoài để hóa hơi Vì nhiệt độ không khí nóng và nhiệt độ vật không đổi, nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng giữ nguyên, dẫn đến tốc độ giảm độ ẩm của vật cũng không thay đổi theo thời gian, tức là tốc độ sấy vẫn ổn định.

Trong giai đoạn này, độ chứa ẩm thay đổi theo thời gian một cách tuyến tính Ẩm thoát ra trong giai đoạn này được xem là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật liệu đạt đến trị số tới hạn Uk, quá trình này sẽ có những biến đổi đáng chú ý.

Giai đoạn sấy tốc độ không đổi của Ucbmax kết thúc, đánh dấu sự chuyển tiếp từ quá trình thoát ẩm tự do sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.

 Giai đoạn sấy với tốc độ giảm dần

Khi kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi, ẩm tự do đã bay hơi hoàn toàn, chỉ còn lại ẩm liên kết trong vật liệu Năng lượng cần thiết để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do, và tăng lên khi độ ẩm của vật giảm Do đó, tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này thấp hơn so với giai đoạn sấy tốc độ không đổi, và sẽ tiếp tục giảm theo thời gian Khi quá trình sấy diễn ra, độ ẩm của vật giảm dần, khiến tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi đạt đến độ ẩm cân bằng với môi trường không khí ẩm trong buồng sấy, lúc này quá trình thoát ẩm ngừng lại và tốc độ sấy trở về không.

1.2.2 Quy trình chế biến mực một nắng

Bảng 1.2: Công đoạn chế biến mực

1 Tiếp nhận nguyên liệu Nguyên liệu được ướp đá trong thùng cách nhiệt ở nhiệt độ ≤ 4 o C Tại Công ty, nguyên liệu được kiểm tra nhiệt độ, hồ sơ đại lý, hồ sơ theo dõi quá trình bảo quản sau đánh bắt, phương tiện vận chuyển và đánh giá chất lượng cảm quan Chỉ nhận vào chế biến những nguyên liệu đạt tiêu chuẩn và đại lý kiểm soát đạt Thời gian tiếp nhận nguyên liệu ≤ 2h

2 Rửa 1 Nguyên liệu sau khi tiếp nhận được rửa trong bồn nước lạnh nhiệt độ ≤ 6 o C nhằm loại bỏ bớt vi sinh vật bám bên ngoài nguyên liệu

3 Sơ chế Mực được chuyển đến bàn để sơ chế làm sạch nội tạng và cắt đôi hoặc chà sạch Mực được đắp đá để duy trì nhiệt độ ≤ 4 o C

4 Phân cỡ - Mực được phân cỡ theo số gram/miếng gồm các size: u/10 - 11/15 - 16/20 - 21/30 - 31/40

- Hoặc theo số gram/con: 100 - 200, 200 - 300, 300 - up

5 Cân - Rửa 2 - xếp khuôn Sau khi bán thành phẩm phân cỡ được chuyển qua công đoạn cân lượng phụ trội tùy theo từng size Xếp khuôn thao tác nhẹ nhàng Khi xếp số con làm mặt tùy theo size cỡ sau đó cứ 5 block mỗi người thì chuyển qua công đoạn sấy

6 Đóng thùng ghi nhãn Cho 12 hộp/carton cùng cỡ hoặc 2 block cùng cỡ/ carton Trên thùng carton phải ghi đầy đủ: tên sản phẩm, cỡ, khối lượng tịnh, ngày sản xuất, ngày hết hạn sử dụng, nơi sản xuất, điều kiện bảo quản, sản phẩm của Việt Nam, mã số code, mã số lô hàng, vùng đánh bắt FAO - 71, các thông tin qui định ghi nhãn của EU

7 Bảo quản thành phẩm Sản phẩm sau khi đóng thùng được đưa ngay vào kho bảo quản thành phẩm

 Phân loại theo phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt

- Phương pháp sấy đối lưu

- Phương pháp sấy bức xạ

- Phương pháp sấy tiếp xúc

- Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần

 Phân loại theo chế độ thải ẩm

- Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển

- Phương pháp sấy chân không

 Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí

- Phương pháp sấy dùng nhiệt

- Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm)

- Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm

1.2.4 Các loại thiết bị sấy

 Thiết bị sấy đối lưu

Thiết bị sấy đối lưu là phương pháp sấy phổ biến nhất, sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp Các loại thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay và thiết bị sấy phun.

 Thiết bị sấy bức xạ:

Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số loại sản phẩm

 Thiết bị sấy tiếp xúc

- Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lò quay

- Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng

 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần:

Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần

 Thiết bị sấy thăng hoa

Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm

 Thiết bị sấy chân không thông thường:

Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không Do buồng sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY

Phương án thiết kế

2.1.1 Chọn tác nhân sấy và chế độ sấy

Để duy trì động lực của quá trình sấy, cần một tác nhân sấy (TNS) có khả năng mang ẩm từ bề mặt vật liệu ra môi trường TNS có thể là không khí, khói lò hoặc một số chất lỏng như dầu mỏ, trong đó không khí và khói lò là hai loại phổ biến nhất Trong các hệ thống sấy đối lưu, TNS không chỉ giúp loại bỏ ẩm mà còn có nhiệm vụ đốt nóng vật liệu Trạng thái, nhiệt độ và tốc độ của TNS đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình sấy, do đó, với tính chất phổ biến và thiết kế của hệ thống sấy, không khí được chọn làm tác nhân sấy chính.

Ta chọn hệ thống sấy buồng đối lưu cưỡng bức với các tham số như sau:

- Vật liệu sấy: Mực tươi có độ ẩm đầu vào là ω 1 = 80%, sau khi sấy thì độ ẩm đầu ra là ω 2 = 50% - theo tiêu chuẩn của mực một nắng

- Tra thông số khí hậu tại Tiền Giang vào tháng lạnh nhất ta được nhiệt độ môi trường là t 0 = 20,8 0 C, độ ẩm môi trường là 0 = 78,4%

Nhiệt độ không khí trước khi vào buồng sấy được xác định là 50 độ C, đây là mức nhiệt lý tưởng để sấy sản phẩm mực một nắng, đảm bảo chất lượng đầu ra tốt nhất.

- Do sấy mực một nắng nên chọn thời gian sấy = 6h là vừa phải

 Gọi: I o  KJ KgKK /   , d o g KgKK /    ,  o % , t o    C lần lượt là Enthalpy, hàm ấm, độ ẩm, nhiệt độ của khí trời

 I 1  KJ KgKK /   , d 1 g KgKK /    ,1 % , t 1    C lần lượt là Enthalpy, hàm ẩm, độ ẩm của tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy

 I 2  KJ KgKK /   , d 2 g KgKK /    ,  2 % , t 2    C lần lượt là Enthalpy, hàm ẩm, độ ẩm của tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng sấy

 G Kg h T 1  /  , 1    C , w 1   % là năng suất VLS vào buồng sấy, nhiệt độ, độ ẩm của VLS

 G 2  Kg h T /  , 2    C , w 2   % là năng suất VLS sau khi ra khỏi buồng sấy, nhiệt độ, độ ẩm của sản phẩm sấy

 Thông số ban đầu là: w 1 80%,w 2 50%, t o ,8 o C, o 78, 4% chọn thời gian sấy = 6h

2.1.3 Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h

Tính toán quá trình sấy lý thuyết

2.2.1 Xác định tham số các điểm nút

 Biết nhiệt độ và độ ẩm của môi trường: t o 20,8  C,  o 78, 4%

Tra đồ thị I-d, ta được:  

 Tra đồ thị I-d, ta được : I 1 19, 4 KCal/ KgKK 

 Không khí ra khỏi thiết bị sấy:

Tra đồ thị I-d, ta được: 2

 Quá trình hồi lưu với 20% không khí thải

Xác định hệ số hồi lưu: 20 0, 25

Lượng không khí hồi lưu:

 Lượng không khí hòa trộn trong thiết bị sấy

 Các thông số của không khí tại điểm M:

Tra đồ thị I-d, ta được: 83%

Bảng 2.1 Bảng các thông số trạng thái lý thuyết Điểm I(Kcal/KgKK) d(g/KgKK)

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn quá trình sấy hồi lưu

2.2.2 Xác định kích thước sơ bộ của thiết bị sấy:

Như vậy,nếu bỏ qua cửu để đưa vật liệu sấy vào ra thì tổng diện tích bao quanh Ft và diện tích nền F n của buồng sấy bằng:

2.2.3 Tính toán các tổn thất

 Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:

 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:

 Buống sấy gồm 2 lớp: Lớp tôn và lớp bông thủy tinh

Lớp tôn: 122, 4 W mK/ , 1 2  mm (Theo tài liệu [5], Bảng 2, Trang 515)

Lớp cách nhiệt: 2 0,55 W mK/ , 2 10  mm (Theo tài liệu [5], Bảng 3, Trang

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán hệ số truyền nhiệt

 Nhiệt độ ngoài buồng sấy: t f 2  t o 20,8 o C

 Nhiệt độ trong buồng sấy: 1 1 2 50 27 38,5

 Do đối lưu cưỡng bức:

 Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa thiết bị sấy và mặt trong của buồng q 1 là:

 Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt:

 Mật độ dòng nhiệt do đối lưu tự nhiên từ mặt ngoài buồng với không khí xung quanh q 4 là:

 Quá trình truyền nhiệt là ổn định, nên:

Do q1 phải bằng q4, nhưng do quá trình tính toán có làm tròn nên luôn tồn tại sai số giữa q1 và q4 Trong tính toán nhiệt cho thiết bị sấy, sai số này có thể ảnh hưởng đến kết quả.

    là cho phép Có thể thấy trong cách tính trên là hợp lý Do

 Hệ số truyền nhiệt k bằng:

 Diện tích bề mặt trên và mặt đáy của buồng sấy:

Diện tích bề mặt của cửa tháo vật liệu, được cấu tạo từ hai lớp vật liệu như các bề mặt khác, cùng với bề mặt đối diện của nó, là yếu tố quan trọng cần xem xét.

 Diện tích hai bên còn lại của buồng sấy:

 Vậy nhiệt lượng tổn thất qua các bề mặt ra môi trường xung quanh:

 Tổng nhiệt lượng tính toán:

Bảng 2.2 Các đại lượng nhiệt tính toán lý thuyết Đại lượng Ký hiệu Giá trị(KCal/ h) %

Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy vl

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy tn

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh Q mtxq 70,9 11,1

2.2.4 Tính toán quá trình sấy thực

 Dùng thước đo trên đồ thị I-d, ta được:

Với    380, 6  KJ Kgam /  , ta chọn GF  10 mm

Tra đồ thị I-d tại điểm C 1 , ta được:

 Tính lượng không khí khô thực tế L :

 Lượng không khí khô thực tế:

 Các thông số tại điểm M:

Tra đồ thị I-d tại điểm M, ta được: 22, 5

Bảng 2.3 Bảng các thông số không khí của quá trình sấy thực tế Điểm t (oC) I (KCal/Kg) d

 Lượng tác nhân sấy thực tế:

 Quá trình hồi lưu với 20% không khí thải

 Xác định hệ số hồi lưu: 20 0, 25 n80 

 Lượng không khí hồi lưu: L H nL tt 0, 25.66,9 16, 725 Kg/  h 

 Lượng không khí hòa trộn trong thiết bị sấy

 Tính tổn thất nhiệt lượng thực tế:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:

 Tổng nhiệt lượng tính toán:

Bảng 2.4 Bảng các đại lượng nhiệt tính toán thực tế Đại lượng Ký hiệu

Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy Q vl 160, 6 25,79

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy Q tn 100 16,06

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh mtxq

Tính chọn thiệt bị phụ

 Công suất nhiệt buồng đốt Q’’ bằng:

 Nhiệt lượng tiêu hao chung cho TBS:

Chọn điện trở công suất 1,4(Kw)

Lưu lượng thế tích không khí thực:

Thể tích không khí ở nhiệt độ môi trường t o 20,8  C

Cột áp toàn phần mà quạt phải thực hiện p p c p o p s p x p d

 PmmH 2 O: trở lực qua calorifer p o

 =0: trở lực qua đường ống dẫn p s

 0mmH 2 O: trở lực qua thiết bị sấy p x

 =0: trở lực qua thiết bị lọc bụi p d

 @mmH 2 O: áp suất động của khí thoát

Vậy tổng công suất quạt:

Vậy ta chọn quạt có công suất 85(W)

MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY

Mô phỏng hệ thống

Mô phỏng hệ thống sấy mực

Phần mềm sử dụng: Ansys workbench phiên bản 15

Phần mềm ANSYS, được phát triển từ năm 1970 bởi nhóm nghiên cứu của Dr John Swanson, là một gói phần mềm dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn ANSYS cho phép phân tích các bài toán vật lý cơ học bằng cách chuyển đổi các phương trình vi phân và đạo hàm riêng từ dạng giải tích sang dạng số thông qua phương pháp rời rạc hóa và gần đúng, giúp mô phỏng và dự đoán hành vi của hệ vật lý dưới tác động của nhiều loại tải trọng khác nhau.

Những tính năng nổi bật:

+ Khả năng đồ họa mạnh mẽ giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh và chính xác, cũng như truyền dẫn những mô hình CAD

+ Giải được nhiều loại bài toán như: tính toán chi tiết máy, cấu trúc công trình, điện, điện tử, điện từ, nhiệt, lưu chất…

+ Thư viện phần tử lớn, có thể thêm phần tử, loại bỏ hoặc thay đổi độ cứng phần tử trong mô hình tính toán

+ Đa dạng về tải trọng: tải tập trung, phân bố, nhiệt, vận tốc góc…

+ Phần xử lý kết quả cao cấp cho phép vẽ các đồ thị, tính toán tối ưu…

+ Có khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như: trường ứng suất, trường nhiệt độ, ảnh hưởng của trường điện từ

+ Giảm chi phí sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm

+ Tạo những mẫu kiểm tra cho môi trường có điều kiện làm việc khó khăn

+ Hệ thống Menu có tính trực giác giúp người sử dụng có thế định hướng xuyên suốt chương trình ANSYS

Hình 3.2 Công cụ trên Ansys

Công cụ Computational Fluid Dynamics (CFD) là phần mềm mạnh mẽ, cho phép mô hình hóa đa dạng các đặc tính vật lý của dòng chảy chất lỏng, hiện tượng rối, trao đổi nhiệt và phản ứng hóa học CFD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ việc phân tích dòng chảy qua cánh máy bay, sự cháy trong lò, đến thiết kế các hệ thống xử lý nước thải và các phòng sạch Những mô hình đặc biệt trong CFD giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và cải thiện hiệu suất hoạt động của các thiết bị và hệ thống.

27 phần mềm có khả năng mô hình hóa buồng cháy động cơ, nghiên cứu khí động học, truyền âm và các hệ thống đa pha, nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng của phần mềm.

 Xây dựng mô hình 3D dựa trên phần mền Solidworks

Ansys hỗ trợ việc chèn hình ảnh từ các phần mềm khác, giúp giảm độ phức tạp và tăng tính tùy biến trong quá trình mô phỏng 3D.

Hình 3.4 Mô hình sau khi được chia lưới

Việc tạo ra vùng hiển thị các phần tử với lưới dày giúp tập trung nhiều phần tử hơn, từ đó quan sát chi tiết hơn Trong trường hợp này, lưới được chia ở mức trung bình, với độ chính xác đạt mức 0, tức là ở mức trung bình.

 Thiết lập các tham số khi đưa mô hình vào công cụ tính toán

Gia tốc trọng trường: 9.81m/s 2 Độ nhớn không khí: Chọn mức đa dạng

Vận tốc dòng khí vào buồng sấy: 0.7m/s

Cách thức trao đổi nhiệt: Kiểu đối lưu

Và các thiết lập phụ khác

 Kết quả sau khi mô phỏng:

Dòng không khí trong buồng sấy được phân bố đồng đều ở các khoang đặt khay sấy với vận tốc thấp từ 0.1 đến 0.2 m/s Sau khi được gom lại qua quạt hút, không khí đạt vận tốc ổn định là 1.5 m/s Hệ thống này có tổn thất hút thấp, thuận lợi cho việc lựa chọn quạt phù hợp.

Trong buồng sấy, dòng nhiệt được phân bố tương đối đồng đều ở ba khoang đầu tiên với nhiệt độ khoảng 321K, trong khi khoang cuối cùng lại thiếu hụt nhiệt độ từ 1-2 độ Sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh dẫn đến nhiệt độ đầu ra tại bộ gom giảm xuống, dao động từ 310K đến 319K, so với nhiệt độ ban đầu là 323K.

Hình 3.7 Sự trao đổi nhiệt bên ngoài buồng sấy

Sự trao đổi nhiệt giữa bên trong và bên ngoài hệ thống sấy diễn ra rõ ràng, với chênh lệch nhiệt độ khoảng 5 độ giữa đầu vào và đầu ra của buồng sấy Để giảm thiểu thất thoát nhiệt, cần thực hiện bọc cách nhiệt theo các tính toán lý thuyết đã được đề ra.

Việc mô phỏng kết quả tốt, đúng với thực tế, dòng nhiệt bị thất thoát thấp, dòng khí ổn định

Quá trình mô phỏng giúp chúng ta dự đoán hoạt động của máy sấy trước khi chế tạo, từ đó lựa chọn hướng thiết kế phù hợp và giảm chi phí sản xuất.

Khi đã tiến hành xong mô phỏng, đạt được kết quả mong muốn Tiến hành vẽ 3D hoàn thiện toàn bộ hệ thống sấy.

Thiết kế hệ thống

Phần mềm sử dụng: solidworks phiên bản 2013

Hình 3.8 Hình ảnh mô hình máy sấy 3D

Mô hình 3D bên phải cho phép nhìn thấy được thiết bị, cấu tạo bên trong của hệ thống sấy

Hình 3.9 Hình ảnh bản vẽ lắp mô hình sấy 3D

Bản vẽ lắp thể hiện đầy đủ tất cả các chi tiết, tạo cái nhìn trực quan về hệ thống trước khi bắt đầu công việc chế tạo

Hình 3.10 minh họa mô hình sấy 2D cùng kích thước, trong đó bản vẽ 2D cung cấp các thông số thiết yếu cho việc chế tạo hệ thống Mặc dù quá trình chế tạo phụ thuộc vào các thông số này, nhưng vẫn có khả năng điều chỉnh để phù hợp với thực tế.

Bản vẽ 3D cung cấp cái nhìn trực quan và dễ dàng điều chỉnh, giúp cho quá trình chế tạo và lắp ráp diễn ra nhanh chóng và tiết kiệm thời gian nhờ vào việc thể hiện đầy đủ các thông số.

Mô phỏng và thiết kế 3D, giúp mô hình được chế tạo một cách khoa học, có cơ sở trước khi bắt tay vào làm công việc thực tế

Hình 3.11 Sự chuyển động của dòng không khí

TNS được hút vào từ miệng thổi và gia nhiệt qua điện trở Sau đó, quạt hút TNS qua các khe vào buồng sấy gia nhiệt cho VLS Sau khi sấy, TNS được gom lại tại miệng góp, quạt tiếp tục hút TNS đã trao đổi nhiệt với VLS và thải ra ngoài qua lỗ thoát khí Một phần TNS được hồi lưu qua cửa.

Chế tạo hệ thống

Sau khi đã tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống chạy thử trên phần mềm, ta bắt đầu tiến hành quy trình chế tạo hệ thống sấy

3.3.2 Bốc khối lượng vật liệu

Dựa vào bản thiết kế ta tiến hành bốc khối lượng vật liệu để chế tạo hệ thống sấy:

Bảng 3.1 Bốc khối lượng vật liệu để chế tạo

Tên Chủng loại, kích thước Chất liệu Khối lượng Đơn vị

Khung sườn và chân đỡ hệ thống

Buồng sấy Inox tấm 201 dày 1mm inox 1.1 m 2

Cửa buồng sấy Thanh hộp 20x40 inox 6 mét

Mặt cửa Dày 5mm mica 500x600 mm

Thanh la Dày 3mm inox 4.5 mét

Tôn sơn 2 mặt Dày 0.5mm 3.3 m 2

Alu Dày 3mm Alu Tấm tiêu chuẩn 1.2x2.4m

Mũi khoét Phi 21 và 27 Hợp kim Phi 27: 1

Bánh xe Phi 40 Nhựa 4 cái

Quạt 1 cái Điện trở 1 cái

Tủ điện 300x400x200mm tôn 1 cái

Cầu dao tự động 1 cái domino 1 cái

Dây điện Tiết diện 1.5 20 mét

Một số hình ảnh của quá trình chế tạo:

Hình 3.12 Inox tấm trước khi dập thành hộp

Hình 3.13 Dập hình hộp kích thước 500x600mm Tiến hành hàn mép hộp

Hình 3.14 Cắt và hàn mép cửa và khung cửa

Hình 3.15 Hàn gờ đỡ khay sấy

Hình 3.16 Hàn kín mặt sau của hộp và tiến hành mài các mối hàn thừa

Hình 3.17 Hàn khung sườn cho hệ thống

Hình 3.18 Tiến hành bọc tôn bên ngoài khung và gắn các thiết bị

Hình 3.19 Bọc cách nhiệt cho hệ thống

40Hình 3.20 Bọc Alu cho hệ thống để thẩm mỹ hơn

CÀI ĐẶT VÀ THÍ NGHIỆM

Chuẩn bị

Trước tiên, vệ sinh buồng sấy sạch sẽ, an toàn vệ sinh Sau đó ta tiến hành rửa mực bằng nước sạch, vẩy ráo nước

Vận hành hệ thống

- Trước tiên ta kiểm tra sơ bộ tổng quát hệ thống xem có gì bất thường hay không Và bắt đầu kiểm tra nguồn điện

- Cấp nguồn cho hệ thống, khi đó đèn màu vàng sáng lên cho biết đã có nguồn điện

- Bật công tắc quạt hệ thống, cho quạt chạy trước khoảng 1 phút

- Bật công tắc điện trở, để nhiệt độ buồng sấy đạt 50 độ thì ta tiến hành bỏ mực vào

- Cứ 10 phút ta tiến hành lấy các thông số một lần Ta lấy trong vòng 6 giờ

Lưu ý: an t àn hi ận hành, chúng ta c n nối đất thiết bị trước khi cho hoạt động

Hình 4.2 , 4.3 & 4.4 Một số hình ảnh quá trình sấy

Sản phẩm

Hình 4.5 Mực trước khi sấy Hình 4.6 Mực sau khi sấy

Thí nghiệm

Bảng 4.1 Bảng thông số khi thực nghiệm 1kg mực

Nhiệt độ không khí vào ( o C)

Nhiệt độ không khí ra ( o C) Độ ẩm không khí vào (%) Độ ẩm không khí ra (%)

Hình 4.7: Biểu đồ nhiệt độ thực nghiệm 1kg mực

Nhiệt độ không khí ổn định ở mức trung bình 35°C Trong giai đoạn đầu, nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy phụ thuộc vào nhiệt độ trong buồng, với chênh lệch khoảng 1-1.5°C Sau 200 phút, khi bắt đầu hồi lưu, chênh lệch nhiệt độ giữa buồng sấy và không khí ra tăng lên từ 2.5-3°C.

Hình 4.8: Biểu đồ độ ẩm thực nghiệm 1kg mực

Thời gian (phút) Độ ẩm (%)

47 Độ ẩm bốc hơi rất nhanh tại thời gian 0 – 200 phút Lượng ẩm bốc hơi chậm tại lúc bắt đầu hồi lưu

- Khối lượng mực đầu vào: 1kg

- Khối lượng mực đầu ra: 360g

Trong quá trình sấy 1kg mực, lượng ẩm bốc hơi đạt 640g, dẫn đến khối lượng sản phẩm giảm 10% so với yêu cầu lý thuyết Sự bốc hơi nhanh chóng của ẩm được thúc đẩy nhờ vào việc cung cấp một lượng lớn TNS, với nhiệt độ cài đặt từ 48 độ.

50 o C Quá trình sấy này là bước đệm đề thực hiện sấy 5kg mực

Bảng 4.2 Bảng thông số khi thực nghiệm 5kg mực

Nhiệt độ không khí vào ( o C)

Nhiệt độ không khí ra ( o C) Độ ẩm không khí vào (%) Độ ẩm không khí ra (%)

Biểu đồ nhiệt độ thực nghiệm cho 5kg mực cho thấy nhiệt độ đầu vào chênh lệch không đáng kể Nhiệt độ trong buồng sấy và nhiệt độ không khí thoát ra ngoài buồng chỉ chênh lệch từ 0.5 đến 1.5 độ C.

Biểu đồ độ ẩm thực nghiệm cho thấy rằng 5kg mực có độ ẩm bốc hơi nhanh chóng trong giai đoạn sấy từ 0 đến 300 phút Khi mực đã khô, quá trình hồi lưu bắt đầu diễn ra tại phút 300, dẫn đến sự giảm tốc độ bốc hơi độ ẩm.

Thời gian (phút) Nhiệt độ (o C)Độ ẩm (%)

- Khối lượng mực đầu vào: 5kg

- Khối lượng mực đầu ra: 2080g

Trong quá trình sấy 5kg mực, lượng ẩm bốc hơi đạt 2920g, khiến khối lượng sản phẩm tăng 4% so với yêu cầu lý thuyết Nhiệt độ cài đặt được duy trì ở mức 50-52 độ C, giúp mực thành phẩm đạt chất lượng tốt với bề mặt khô ráo, trong khi bên trong vẫn còn ẩm Sản phẩm cuối cùng đáp ứng đúng tiêu chí của mực một nắng.

Qua hai quá trình sấy mực 1kg và 5kg, hiệu suất của máy hoạt động tốt, mực thành phẩm đạt yêu cầu