TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HẦM SẤY MỰC NĂNG SUẤT ĐẦU VÀO 500kg/h CẤP NHIỆT BẰNG HƠI NƯỚC I/ Nội dung đề tài: 1. Tìm hiểu về mực và sấy mực ở Việt Nam và trên thế giới. 2. Tra cứu một số vấn đề cơ bản về lý thuyết để có cơ sở thực hiện bài toán thiết kế hầm sấy 3. Thực hiện, giải quyết bài toán thiết kế sấy mực bằng phương pháp đối lưu 4. Thực hiện giải quyết bài toán thiết kế sấy mực bằng phương pháp đối lưu thực tế. II/ Ngày giao nhiệm vụ: 02/2021 III/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 06/2021 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Giảng viên hướng dẫn ii MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MỰC VÀ CÔNG NGHỆ SẤY MỰC ................. 1 I. Tổng quan về mực:........................................................................................... 1 1. Nguồn lợi mực ống:....................................................................................1 2. Các loại mực: ..............................................................................................1 2.1 Mực ống:................................................................................................2 2.2. Mực thẻ:................................................................................................2 3. Cấu tạo thành phần khối lượng thành phần hoá học của mực ống:.....2 3.1 Cấu tạo:..................................................................................................2 3.2. Tổ chức cơ của mực:............................................................................2 3.3. Thành phần trọng lượng của mực:....................................................2 3.4. Thành phần hoá học của mực:...........................................................3 3.5. Giá trị dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của mực:..........................3 4. Những biến đổi của mực ống trong quá trình sấy khô:..........................3 5. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm mực khô theo tiêu chuẩn Việt Nam:.................................................................................................................4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY ..................... 5 2.1. Mục đích của sấy: để bảo đảm các yêu cầu về: ....................................5 2.2 Phân loại sấy:............................................................................................5 2.1.1 Sấy tự nhiên........................................................................................5 2.2.2 Sấy nhân tạo .......................................................................................5 2.3. Các giai đoạn của quá trình sấy: có 3 giai đoạn...................................6 2.4. Các loại thiết bị sấy: gồm nhiều thiết bị sấy khác nhau:.....................6 iii CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT.......................................... 9 A. QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT................................................................ 9 3.1 Chọn các thông số thiết kế............................................................................. 9 3.2 Tính toán thông số tác nhân sấy ................................................................... 9 3.2.1Thông số của không khí ngoài trời (trước khi vào calorifer):.........10 3.2.2 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn)...........................11 3.2.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn..............................13 3.2.4 Thông số của không khí sau Calorifer:.......................................13 3.2.4 Tính toán cân bằng vật chất.........................................................14 3.2.5 Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy: 14 3.2.6 Lưu lượng không khí khô lý thuyết ngoài trời cấp vào thiết bị sấy: 15 3.3 Tính toán thiết bị chính (khay sấy, xe goòng, hầm sấy) ........................ 15 3.3.1 Kích thước của khay sấy...............................................................15 3.3.2 Kích thước của xe gòong...............................................................16 3.3.3 Kích thước của hầm sấy: ..............................................................16 B. QUÁ TRÌNH SẤY THỰC ......................................................................... 18 3.4 Tổng các tổn thất nhiệt trong quá trình sấy ........................................... 18 3.4.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:.......................................19 3.4.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải:...........................................19 3.4.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (tính trên 15 hầm sấy): .....20 iv 3.5 Tính toán quá trình sấy thực.................................................................... 21 3.5.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t): ......22 3.5.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn(Mt):.....................23 3.5.3 Thông số của không khí sau Calorifer (đi vào thiết bị sấy)(1t).23 3.6 Lưu lượng không khí khô thực tế cần dùng ........................................... 24 3.6.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy là: 24 3.6.2 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết là:..24 3.7 Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer:..................... 25 3.8 Thời gian sấy ................................................................................................. 25 3.8.1 Thời gian đốt nóng vật liệu sấy : .........................................................26 3.8.2 Thời gian sấy đẳng tốc .........................................................................26 3.8.3 Thời gian sấy giảm tốc:........................................................................27 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ...................................................... 29 4.1 Tính chọn calorifer:...................................................................................... 29 4.1.1 Công suất nhiệt của calorifer: ŋcal.......................................................29 4.1.2 Tiêu hao hơi nước của calorifer (lượng hơi vào calorifer yêu cầu): 29 4.1.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt của calorifer ........................................29 4.1.4 Tính thiết kế kích thước hình học của Calorife: ..........................35 4.1.5 Tính toán tổn thất áp suất của dòng không khí (TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorife: .......................................................................36 4.2 Quạt............................................................................................................. 36 v 4.2.1 Lưu lượng quạt: ...................................................................................36 4.2.2 Cột áp của quạt.....................................................................................36 4.2.2.1 Tổng trở lực cục bộ ................................................................38 4.2.2.2 Tổng trở lực hình học ............................................................39 4.2.2.3 Tổng trở lực ma sát ...............................................................39 4.2.3 Tính chọn quạt: ...................................................................................40 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO HỆ THỐNG SẤY....................... 42 5.1. Chi phí vật tư................................................................................................ 42 5.2 Chi phí thiết bị phụ ........................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 45
TỔNG QUAN VỀ MỰC VÀ CÔNG NGHỆ SẤY MỰC
Tổng quan về mực
Việt Nam, nằm ở phía đông Thái Bình Dương, sở hữu bờ biển dài hơn 3200 km với nguồn nguyên liệu thủy sản phong phú và đa dạng suốt cả bốn mùa Bên cạnh nguồn nguyên liệu cá, nhuyễn thể cũng đóng góp đáng kể vào sản lượng thủy sản, giúp nâng cao giá trị kinh tế của ngành đánh bắt.
2 Mực thường tập chung ở nơi gặp nhau giữa hai vùng nước nóng và lạnh
Sản lượng mực hàng năm của nước ta bình quân đạt 3,5 % tổng sản lượng toàn thế giới.Mực phân bố không đều ở nước ta
Bảng 1.1 Nguồn lợi mực ở vùng biển Việt Nam dự tính:
Mực ống có hình dạng giống như một cái ống với một thanh mảnh được cấu tạo từ chất sừng, bên trong chứa túi mực màu đen Chúng có chiều dài gấp 6 lần chiều rộng, với đuôi nhọn, sống ở tầng mặt và tầng giữa của vùng biển xa bờ Mực ống phân bố từ Nam Nhật Bản đến Việt Nam và Malaysia, có chiều dài trung bình từ 200 - 400 mm và khối lượng từ 20 - 250 g.
Mực thẻ, có hình dạng tương tự như mực ống nhưng kích thước nhỏ hơn, với chiều dài thân gấp 3-4 lần chiều rộng và đầu bằng không nhọn, thường sống ở tầng mặt và tầng giữa của biển Chúng có tính hướng quang mạnh và phân bố rộng rãi khắp bờ biển Việt Nam.
3 Cấu tạo thành phần khối lượng thành phần hoá học của mực ống:
Mực là hải sản không xương sống, có thân mềm và vỏ đá vôi thoái hóa, để lại dấu vết trên da Một phần cơ thể của mực phát triển thành chân (râu) giúp chúng bắt mồi Khối lượng của mực thay đổi tùy theo từng loại, dao động từ 90 gram trở lên.
750 g/con Cơ thể mực chia thành 3 phần rõ rệt: đầu, thân và vây
3.2 Tổ chức cơ của mực:
Thân mực được cấu tạo từ ba lớp mô, trong đó lớp mô cơ chiếm 98% tổng chiều dài Hai mặt của lớp mô cơ được bao bọc bởi lớp mô liên kết, với màng trong và màng ngoài được hình thành từ collagen Lớp bên ngoài, thường gọi là lớp màng lót, có chức năng liên kết màng ngoài với da.
3.3 Thành phần trọng lượng của mực:
Thành phần trọng lượng là tỷ lệ phần trăm khối lượng của các bộ phận trong cơ thể so với toàn bộ cơ thể nguyên liệu, được xác định dựa trên tỷ lệ phần trăm có thể ăn được Trong công nghệ chế biến và phân chia theo hình thái học, thành phần trọng lượng của mực bao gồm các phần như cơ thịt, đầu, râu, túi mực và nội tạng Đặc biệt, thành phần trọng lượng của mực có sự biến đổi theo giống loài, giới tính, chế độ ăn uống và điều kiện thời tiết.
Bảng 1.2 thành phần khối lượng của mực ống
Thân Chân Túi mực Gan Phần còn lại
3.4 Thành phần hoá học của mực:
Thịt mực chứa đầy đủ các thành phần hóa học cần thiết như nước, protein, lipid, glucid, muối khoáng và vitamin Tỷ lệ các thành phần này có sự khác biệt giữa các bộ phận cơ thể mực, cũng như thay đổi theo độ thành thục sinh lý và ngư trường khai thác.
Bảng 1.3 Thành phần hóa học của mực ống (Trần Thị Luyến, 1996)
Loại mực Nước (%) Lipit (%) Protein (%) Gluxit (%) Khoáng (%) Mực ống 78 ÷ 82,5 ) 0,2 ÷ 1,4 14,8 ÷ 18,8 2,7 1,2 ÷ 1,7
3.5 Giá trị dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của mực:
Mực có tỷ lệ phần ăn được cao, khoảng 70-80% khối lượng thân, và phế phẩm của mực có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc Mực chứa đầy đủ các axit amin không thay thế với tỷ lệ tương tự như thịt, theo FAO Với nhiều thành phần cần thiết cho cơ thể, giá trị dinh dưỡng và giá trị thực phẩm của mực rất cao, góp phần quan trọng trong việc xây dựng chế độ dinh dưỡng hợp lý cho thực phẩm tiêu dùng.
4 Những biến đổi của mực ống trong quá trình sấy khô:
1 Biến đổi về trạng thái
2 Biến đổi về khối lượng
3 Biến đổi về thể tích
4 Biến đổi về màu sắc mùi vị
5 Biến đổi về tổ chức nguyên liệu
6 Biến đổi về khoa học:
+ Sự thối rữa và oxy hoá của lipít
+ Sự oxy hoá lipit làm ôi hoá học, ôi sinh học
+ Sự đông đặc biến tính protein
+ Sự biến đổi thành phần chất ngấm sa
5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm mực khô theo tiêu chuẩn Việt
Bảng 1.4 Chỉ tiêu hoá học của mực ống khô xuất khẩu:
Tên chỉ tiêu Giới hạn cho phép
TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY
Mục đích của sấy: để bảo đảm các yêu cầu về
Phân loại sấy
Phơi sấy tự nhiên là phương pháp sử dụng năng lượng tự nhiên như mặt trời và gió để bay hơi, giúp tiết kiệm nhiệt năng Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không thể điều chỉnh tốc độ quá trình theo yêu cầu kỹ thuật và năng suất thường thấp.
Sấy nhân tạo là quá trình thường được thực hiện trong các thiết bị sấy nhằm cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Có nhiều dạng sấy nhân tạo, được phân loại dựa trên phương pháp truyền nhiệt trong kỹ thuật sấy.
− Sấy đối lưu (nhiệt nóng): là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò,…
Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy mà trong đó tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cần sấy Thay vào đó, nhiệt được truyền từ tác nhân sấy đến vật liệu thông qua một vách ngăn, giúp bảo vệ chất lượng và tính toàn vẹn của sản phẩm trong quá trình sấy.
− Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy
Sấy bằng dòng điện cao tần là phương pháp sử dụng năng lượng điện trường tần số cao để làm nóng đồng đều toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
Sấy lạnh là phương pháp sấy được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thấp hơn nhiều so với môi trường, giúp bảo tồn đặc tính cảm quan của sản phẩm Nhiệt độ thấp và độ ẩm thấp tạo ra chênh lệch ẩm, từ đó giúp ẩm trong vật liệu thoát ra ngoài dễ dàng hơn.
0 o C trở lên và sấy lạnh đông sâu hay còn gọi là sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là một phương pháp sấy diễn ra trong môi trường có áp suất thấp và nhiệt độ rất thấp Trong quá trình này, ẩm tự do trong vật liệu sẽ đóng băng và sau đó bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng, do đó được gọi là thăng hoa.
Sấy chân không là một phương pháp hiệu quả để xử lý các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao, dễ bị oxy hóa, hoặc dễ bị bụi Phương pháp này cũng thích hợp cho việc thu hồi dung môi quý từ vật liệu và đảm bảo an toàn cho các vật liệu dễ nổ.
Các giai đoạn của quá trình sấy: có 3 giai đoạn
− Giai đoạn nung nóng vật liệu
− Giai đoạn sấy đẳng tốc
− Giai đoạn sấy giảm tốc
Các loại thiết bị sấy: gồm nhiều thiết bị sấy khác nhau
+ Thiết bị sấy chân không tiếp xúc
+ Thiết bị sấy tầng sôi
+ Thiết bị sấy thùng quay
+ Thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại
+ Thiết bị sấy bằng dong điện cao tầng
+ Thiết bị sấy chân không thăng hoa
Thiết bị sấy hầm sử dụng hơi nước làm nguồn nhiệt, giúp gia nhiệt không khí một cách ổn định Phương pháp này không chỉ duy trì màu sắc mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm sau khi sấy.
Thiết bị sấy liên tục được cấu tạo từ nhiều xe goòng, mỗi xe chứa nhiều khay sấy dùng để chứa vật liệu Công suất sấy hàng ngày đạt từ 5 đến 10 tấn cho các loại dược liệu và nông sản, đồng thời chiếm diện tích mặt bằng nhỏ gọn.
Toàn bộ hệ thống sử dụng các thiết bị điện hiện đại nên linh hoạt trong điều chỉnh nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng
Một số ưu điểm, đặc tính của thiết bị:
+ Vận hành đơn giản, thời gian sấy nhanh, công suất có thể điều chỉnh linh hoạt theo yêu cầu sấy thực tế của doanh nghiệp
+ Sử dụng hơi để tạo nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy nên tính ổn định cao, chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo
+ Sấy đa dạng các loại sản phẩm sấy
+ Tiết kiệm năng lượng do sử dụng biến tần và cơ cấu ngưng nước tự động, bảo ôn thiết bị đảm bảo
Công nghệ được phát triển và sản xuất hoàn toàn trong nước, giúp chúng ta chủ động trong việc sử dụng và phù hợp với điều kiện khí hậu đặc trưng của Việt Nam.
Dựa trên nguyên lý đối lưu hơi nước bão hòa cưỡng bức từ quạt hút và quạt đẩy, hơi bão hòa sẽ được dẫn qua các dàn trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho hầm sấy.
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
3.1 Chọn các thông số thiết kế
• Lượng nguyên liệu đầu vào G1 = 500 kg/h
• Lượng nguyên liệu đầu ra G2 (kg/h)
• Độ ẩm nguyên liệu đầu vào W1= 80% (Theo [9])
• Độ ẩm nguyên liệu đầu ra W2= 20%(Theo [9])
• Lượng ẩm được tách ra khỏi nguyên liệu W(kg/h)
• Lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua thiết bị sấy L(kg/h)
• Hàm ẩm không khí ngoài trời d0 (kgẩm/kgkkk)
• Hàm ẩm không khí trước khi vào hầm sấy d1 (kgẩm/kgkk)
• Hàm ẩm không khí sau khi sấy d2 (kgẩm/kgkk)
3.2 Tính toán thông số tác nhân sấy Độ ẩm trung bình của không khí ngoài trời tại Thanh Hóa dao động từ 85% đến 87%, để phù hợp cho tính toán ta có thể chọn độ ẩm không khí ngoài trời là
Nhiệt độ không khí ngoài trời t0 = 25 0 C (Theo [10])
3.2.1Thông số của không khí ngoài trời (trước khi vào calorifer):
▪ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ to = 25 o C: pbh0 = exp = exp = 0,0315 bar
▪ Theo công thức độ chứa hơi của không khí: do = 0,621 = 0,621 = 0,0174 kgẩm/kgkkk
▪ Enthanpy của không khí được tính theo công thức: h0 = 1,004t0 +d0.(2500+1,842t0) (công thức 2.18, trang 15, [6])
Như vậy, không khí ngoài trời có: to= 25 o C, , do = 0,0174 kgẩm/kgkkk, h=ho= 69,4 kJ/kgkkk
3.2.2 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn)
Với nhiệt độ của không khí khi được thổi vào hầm sấy là t1 = 55 o C, nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi hầm sấy là t2 = 40 o C (Theo [13])
▪ Lượng không khí lưu chuyển trong thiết bị sấy (TBS) là: L = LH + L0
▪ Cân bằng ẩm cho toàn bộ hệ thống sấy:
▪ Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có:
L▪ Ta có hệ số hoàn lưu là n = = = – 1 (công thức 5.25, trang 64, [6])
n = – 1 = 1 dM ▪ Cân bằng năng lượng cho buồng hòa trộn có: h0.L0 = h2 LH = (L0 + LH) hM
Tại điểm hòa trộn M, có thể xác định rằng dM bằng với hM Quá trình sấy lý thuyết trong thiết bị sấy diễn ra theo nguyên lý đẳng enthalpy, do đó h1 sẽ bằng h2.
Do d1 = dM (Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm xảy ra trong calorifer) Thay vào có:
Ta rút ra được: d2 Thay vào với: t1 = 55 o C; t2 = 40 o C, = 0.0174 kgẩm/kgkkk r = 2500 kJ/kg; Cpk = 1,004 kJ/kg.K; Cpa= 1,842 kJ/kg.K; n=1
▪ Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy: d2 = = 0,0296 kgẩm/kgkkk
▪ Enthanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: h2 = 1,004t2 +d2.(2500+1,842.t2) = 1,004.40+0,0296.(2500+1,842.40)
▪ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2 = 40 o C: pbh2 =exp = exp = 0,07317 bar
▪ Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy:
Giá trị độ ẩm của không khí sau khi ra khỏi hầm sấy đạt mức kinh tế kỹ thuật hợp lý, không gây hiện tượng đọng sương, cho phép lựa chọn nhiệt độ sản phẩm sau sấy ở mức 40 độ C.
Như vậy, không khí ra khỏi thiết bị sấy (2) có: t2= 40 o C, , d2 = 0,0296 kgẩm/kgkkk, h=h2= 116,34kJ/kgkkk
3.2.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn
Thông số của không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (M):
▪ Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn: dM = = = 0,0235 kgẩm/kgkkk
▪ Enthanpy của không khí sau buồng hòa trộn: hM = = = 92,87 kJ/kgkkk
▪ Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn: tM = = = 32,58 o C
▪ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 32,58 o C: pbhM =exp = exp = 0,0488 bar
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn:
Như vậy, không khí sau buồng hòa trộn(M) có: tM= 32,58 o C, , dM = 0,0235 kgẩm/kgkkk, h=hM= 92.87 kJ/kgkkk
3.2.4 Thông số của không khí sau Calorifer:
Không khí sau Calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) với t1U o C có:
▪ Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1 = dM= 0,0235 kgẩm/kgkkk
▪ Enthanpy của không khí sau buồng hòa trộn: h1= 1,004t1+ d1.(2500+1,842.t1) = 116,35kJ/kgkkk
▪ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t1 = 55 o C là: pbh1 = exp = 0,1556 bar (công thức 2.11, trang 14, [6])
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn:
Như vậy, không khí đi vào thiết bị sấy (1) có: t1= 55 o C, , d1 = 0,0235 kgẩm/kgkkk, h=h1= 116,35kJ/kgkkk
3.2.4 Tính toán cân bằng vật chất
▪ Lượng nguyên liệu ra G2 được tính theo công thức:
▪ Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ
3.2.5 Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy: l lt = = = 163,93 kgkkk/kgẩm
▪ Lưu lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy:
Llt = W l lt = 375 163,93= 61473,75 kgkkk/h (công thức 5.8, trang 58, [6])
▪ Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy: ttb = 0,5.(55+40) = 47,5 o C => tb = 1,293 = 1,101 kgKKK/m 3 KKK
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy:
3.2.6 Lưu lượng không khí khô lý thuyết ngoài trời cấp vào thiết bị sấy: l0 lt = = = 81,965 kgkkk/kgẩm
▪ Lưu lượng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào cần thiết:
▪ Với nhiệt độ của không khí ngoài trời là: to = 25 o C => = 1,293 = 1,184 kgKKK/m 3 KKK
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết:
3.3 Tính toán thiết bị chính (khay sấy, xe goòng, hầm sấy)
3.3.1 Kích thước của khay sấy
▪ Vật liệu chế tạo: Nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bảng
▪ Kích thước khay sấy: 750 x 1100 mm, tạo gờ mép ngoài khoảng 30 mm để thuận tiện trong việc cầm nắm
▪ Diện tích phần khay cho phép chất tải lên: 0,72 x 1,07 = 0,77 m 2
Với kích thước này, chúng ta sẽ chất vật liệu sấy lên trên bề mặt khay như sau:
- Mỗi con mực có chiều dài trung bình là 40 cm, chiều rộng trung bình là 20 cm
- Ta có số hàng thu được là 3 hàng Trong đó mỗi hàng 3 con, tổng cộng là:
- Mà con mực khi sấy có khối lượng trung bình 0,25 kg => Trên mỗi khay sẽ chứa khoảng 2,25 kg vật liệu sấy
Do vậy, với yêu cầu về năng suất sấy G1 = 500 kg/h nên số khay cần được chế tạo là:
3.3.2 Kích thước của xe gòong
▪ Vật liệu: Khung inox SUS 304 Các thanh nối (rỗng bên trong) với tiết diện
Khay có kích thước 25 x 25 mm và độ dày 1,5 mm được hàn chắc chắn với nhau, xếp chồng lên từng tầng với khoảng cách 100 mm để tối ưu hóa lưu thông không khí nóng trong quá trình sấy Dưới chân xe, các bánh xe được lắp đặt để dễ dàng di chuyển trên hai thanh ray bên trong hầm sấy.
▪ Kích thước xe goòng: dài x rộng x cao = 850 x 1250 x 1780 mm Chiều cao sàn xe là 250 mm Với kích thước này thì khối lượng xe goòng khoảng 29 kg
▪ Số khay trên 1 xe: k = – 1 = 13 khay
▪ Khối lượng vật liệu sấy trên xe
Gx = 2,25kg/khay x 13 khay = 29,25 kg VLS/xe
▪ Số xe goòng cần thiết:
3.3.3 Kích thước của hầm sấy:
Hầm sấy được xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi cho việc di chuyển của xe goòng
Chiều rộng của hầm sấy B h phụ thuộc vào kích thước của xe goòng, cần phải lấy dư khoảng 50 mm ở hai bên mép trái và mép phải để đảm bảo xe có thể di chuyển dễ dàng dọc theo hầm sấy.
❖ Chiều cao của hầm sấy H h : được quyết định theo chiều cao của xe và khe hở giữa đỉnh xe với trần hầm sấy:
❖ Chiều dài của hầm sấy L h :
Có thể bố trí trong 1 hầm là 10-15 xe Trường hợp này chúng ta chọn bố trí
1 hầm là 15 xe Do đó, số hầm sấy cần thiết là Z bằng:
Để tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất, có thể bố trí 15 hầm sấy, trong đó 14 hầm sẽ chứa 16 xe goòng mỗi hầm.
Vậy chiều dài hầm sấy là: Lh = x Lx + 2 Lbs [6]
Trong đó Lbs là khoảng chiều dài bổ sung thêm để bố trí kênh dẫn và thải TNS
Hệ thống sấy bao gồm một kênh dẫn gió nóng với nhiệt độ 60 °C, một kênh dẫn gió thải và một kênh dẫn gió hồi Thông thường, TNS được đưa vào hầm từ trên đỉnh và TNS thải cũng được lấy từ đỉnh hầm ở đầu bên kia Kích thước Lbs được sử dụng là 1200 mm.
Vậy chiều dài 01 hầm sấy là: hh= 239
Trên nền của hầm có bố trí các thanh ray để xe goòng có thể di chuyển tự do dọc theo hầm sấy
❖ Kích thước phủ bì của hầm sấy:
Chiều rộng phủ bì: B = Bh + 2 x 1 [6]
Chiều cao phủ bì: H = Hh + 2 + 3 [6]
1: chiều dày của tường, 1 = 250 mm
2: chiều dày lớp trần bê tông cốt thép nhẹ, 2 = 150 mm
Thay vào công thức, ta có B = 1850 mm = 1,85 m; H = 2180 mm = 2,18 m
QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
3.4 Tổng các tổn thất nhiệt trong quá trình sấy
- Khi vận hành làm việc hầm sấy thì tổn thất nhiệt của HTS 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
- Tổn thất ra môi trường qua kết cấu bao che: QMT [kJ / h ]; qMT [kJ / kg _ âm]
- Ta lần lượt xác định các tổn thất này như sau:
3.4.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
▪ Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = 25 o C
Nhiệt dung riêng của mực được xác định là Cvk = 3,62 kJ/kg.K Sản phẩm đầu ra sau quá trình sấy là mực khô với độ ẩm W2 = 20% Do đó, nhiệt dung riêng của mực khi ra khỏi hầm sấy cần được tính toán dựa trên các thông số này.
Cv2 = CVK (1-W2) + Ca W2 = 3,62 (1- 0.2) + 4,18 0,2 = 3,7 kJ/kg.K
▪ Tổn thất nhiệt do sản phẩm sấy mang đi là:
Qv = G2 Cv2 (tv2 – tv1 ) = 125 3,7 (40-25) = 6937,5 kJ/h qv = = = 18,5 kJ/kgẩm (công thức 7.16, trang 100, [6])
3.4.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải:
Ta có: QTBTT = QKh + Qx Với QKh và Qx lần lượt là tổn thất do khay sấy và xe goòng mang đi [6]
- Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường: tKh1 = tx1 = t0 = 25 o C
- Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ sấy: tKh2 = tx2 = t1 = 55 o C
- Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là: Gkh= 2,25kg; Gx = 29.25 kg
- 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
- Với số lượng khay là NKh= 3111 khay, thời gian sấy là th Ta có tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là:
▪ Với số lượng xe Nx = 137 xe, thời gian sấy là 8h Ta có tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là:
▪ Do vậy tổng tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi là:
QTBTT = QKh + Qx = 12901,6 + 6311,4 = 19213kJ/h qTBTT = = = 51,2 kJ/kgẩm
3.4.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (tính trên 15 hầm sấy):
Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH - FX
FX: là tiết diện của xe goòng (4 thanh thẳng đứng 25 x 1780, 12 thanh nằm ngang 25 x 1200), do đó F = 4.(0, 025 x 1, 78) + 12.(0, 025 x 1, 2) 0,54 m 2
FH: là tiết diện của hầm sấy (1350 x 1930), do đó FH = 1,35 x 1,93 2,6 m 2
Vì vậy, tiết diện tự do là:
Ftđ = 2, 6 - 0,54 = 2,06 m 2 Chúng ta sử dụng 15 hầm sấy, vì vậy tiết diện tự do Ftd =2,06 x 15 = 30,9m 2
Ta lần lượt xác định các tổn thất nhiệt như đã kể trên như sau:
Tổn thất qua 2 tường bên: Q T
02 tường bên có kích thước: FT = 2 x (Hh x Lh) = 2x (1,93 x 15,943) 59,2 m 2 Tường được xây bằng gạch dày δT = 200 mm, có hệ số dẫn nhiệt λT = 0,77 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128, [7])
Thay vào biểu thức (*) => kT = 2,3 W/m 2 K
Do đó: QT = FT.kT.(ttb – t0) = 59,2 x 2,3 x ( 47,5 – 25) = 3064 (W)
Tổn thất qua trần: Q TR
Trần được thiết kế với bê tông cốt thép dày 150 mm, được bọc thêm lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 100 mm Hệ số dẫn nhiệt của trần bê tông là 1,55 W/m.K, trong khi bông thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt chỉ 0,06 W/m.K, giúp tăng cường hiệu quả cách nhiệt cho công trình.
Ta xác định được kTR = 0,51 W/m 2 K
Tương tự ta tính được FTR = 1,93 x 15,943 = 29,6 m 2
Do đó QTR = FTR.kTR.(ttb – t0) = 29,6 x 0,51 x (47,5-25) = 339,7 (W)
Nền có FN = Bh x Lh = 1,93 x 15,943 = 29,6 m 2
Với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là 47,5 o C và giả sử hầm sấy cách tường bao che phân xưởng 3 mét Theo bảng 6.1, trang 74, [6], ta có qN = 33 (W/m 2 )
Do đó: QN = FN.qN = 29,6 x 33 976,8 (W)
Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy: Q C Ở 2 phía đầu vào và đầu ra của hầm sấy có lắp cửa với kích thước 1350 x
1830 nên diện tích của cửa là FC = 2 (1,35 x 1,83) 4,94 m 2
Cửa được làm bằng thép dày δC = 5 mm = 0,005 m, có hệ số dẫn nhiệt λC 0,5 W/m.K (tra bảng I.126, trang 128, [7]), ta xác định được kC = 5,48 W/ m 2 K
Do đó: QC = FC.kC.(ttb – t0) = 4,94 x 5,48 x (50-25) = 676,78 (W)
Như vậy, tổng các tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là:
QMT = QT + QTR + QN +QC
Chúng ta sử dụng 15 hầm sấy cho quá trình sấy nên QMT = 228093 kJ/h
Vì vậy, tổng tất cả các tổn thất của hệ thống sấy là:
= Ca.t0 – qV qTBTT qMT (kJ/kg_ẩm) [6]
Với Ca.t0: là thành phần nhiệt vật lý do bản thân tác nhân sấy đưa vào
3.5 Tính toán quá trình sấy thực
Ta lần lượt xác định các thông số của TNS ở các điểm nút trong quá trình sấy thực như sau:
3.5.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t):
▪ Độ chứa hơi sau quá trình sấy thực được tính qua: d2t = (công thức 5.36, trang 65, [6])
Trước hết ta có: r= 2500 kJ/kg; Cpk = 1,004 kJ/kg.K; Cpa= 1,842 kJ/kg.K; n=1 i1 = r + Cpa.t1 = 2500 + 1,842.55 = 2601,31 kJ / kg _ KKK i2 = r + Cpa.t2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 kJ / kg _ KKK
Thay vào với: t1 = 55 o C, t2 = 40 o C; = 0.0174 kgẩm/kgkkk; n = 1, -573,44 kJ/ kgẩm
▪ Entanpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: h2t = Cpk.t2 + d2t.(r + Cpa.t2) = 1,004.40 + 0,0279.(2500 + 1,842.40)
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2 = 40 o C là: pbh 2 = (bar)
▪ Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là:
(công thức 5.6, trang 56, [6]) Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có: t 2t = 40 o C, 2 t = 57, 6% , d 2t = 0,0279 (kg ẩm /kg kkk ), h 2t = 111,97 (kJ / kg kkk )
3.5.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn(Mt):
Không khí sau buồng hòa trộnlà trạng thái điểm (Mt) có:
▪ Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộnlà: dMt = = 0, 0174 1.0, 0279
▪ Entanpy của không khí sau buồng hòa trộnlà: hMt = = 69, 4 1.111, 79
▪ Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: tMt =
Mt Mt pk Mt pa h d r
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ tMt = 32,5 o C là: pbhM =exp = exp[12 4026, 42 ]
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộnlà:
Như vậy không khí sau buồng hòa trộn(M) có: t Mt 2,5 o C; = 70,45%;
0, 02265 d Mt = (kg ẩm /kg kkk ), h Mt = 90,6 (kJ/kg kkk )
3.5.3 Thông số của không khí sau Calorifer (đi vào thiết bị sấy)(1t)
❖ Không khí sau Calorifer đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1t) có:
▪ Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1t = dMt = 0,02265 (kgẩm/kgkkk)
▪ Entanpy của không khí sau buồng hòa trộnlà: h1t = 1,004.t1 + d1t.(2500 + Cpa.t1) = 1,004.55 + 0,02265.(2500 + 1,842.55)
▪ Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t1 = 55 o C là: pbh1 =exp = exp = 0,156 bar
▪ Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là:
Như vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1t) có: t 1t = 55 o C; = 22,13 %; d 1t = 0,02265 (kg ẩm /kg kkk ); h 1t = 114,14 (kJ/kg kkk )
3.6 Lưu lượng không khí khô thực tế cần dùng
3.6.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy là:
Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy là: ttb = 0,5 (55 + 40) = 47,5 o C => tb = 1,293 = 1,101 kgKKK/m 3 KKK
Thông số tb có thể tra bảng phụ lục 6, trang 97-207, [6]
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy là
3.6.2 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết là:
Với nhiệt độ của của không khí ngoài trời là to = 25 o C => = 1,293 = 1,184 kgKKK/m 3 KKK
▪ Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết:
3.7 Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer:
Nhiệt lượng cần cung cấp cho HTS (cung cấp qua Calorifer) là: q= = 114,14 90, 6
▪ Nhiệt lượng có ích q 1 : q1 = i2 – Ca tv1 = 2573,68 – 4,18 25 = 2469,18 kJ/ kg_ẩm
▪ Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi q 2 : q2 = Cdx.(do) (t2t –tMt)
Cdx(do) = Cpk + Cpa do = 1,004 + 1,842.0,0174 = 1,036 kJ/kg.độ
▪ Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’: q’ = q1 + q2 + qv1 + qTBTT + qMT
Nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích cùng với các tổn thất q’ phải tương đương nhau Tuy nhiên, trong quá trình tính toán, việc làm tròn hoặc sai số trong các tổn thất có thể dẫn đến một sai số nhất định Ở đây, sai số tuyệt đối được đề cập đến.
Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy :
( CT 4.68 [12]) Với : thời gian đốt nóng vật liệu
: thời gian sấy đẳng tốc
: thời gian sấy giảm tốc
3.8.1 Thời gian đốt nóng vật liệu sấy :
Trong đó : a – hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu sấy ( với a = ) (Tính theo [11])
R – phân nửa chiều dày của vật liệu sấy
F0 – chuẩn số fourier xác định sự phụ thuộc giữa tốc độ biến đổi trường nhiệt trong vật với các kích thước và đặc trưng của vật đó
Từ đây ta suy ra 3 2 7
3.8.2 Thời gian sấy đẳng tốc
Để tính toán thời gian sấy đẳng tốc, chúng ta cần xác định tốc độ sấy U bằng cách tính mật độ dòng nhiệt J1b và cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu J2b, theo tài liệu [12].
Theo các quy luật truyền nhiệt và truyền chất giai đoạn sấy đẳng tốc hầu như giống nhau đối với tất cả các vật liệu ẩm
Trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng:
Trong đó : r là ẩn nhiệt hóa hơi, r = 2500 (kJ/kg)
Nhiệt độ VLS được xác định là J1b = 55 °C, trong khi nhiệt độ bề mặt VLS là 55 °C Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu được tính toán với vận tốc không khí, với giá trị trung bình là tb = 27,5 °C và điều kiện vận tốc khí v
