Công nghệ sấy long nhãn

hu hái được tách hột,độ ẩm lúc này còn cao,nên phải sấy trước khi đem đi tàng trữ hoặc tiêu thụ. Cũng như các nông sản khác,sợi nhãn là một trong những nông sản thực phẩm có mặt trong nhu cầu ăn uống của chúng ta.Trong những năm gần đây,cùng với sự phát triển của khoa học đã toạ ra nhiều giống nhãn mới đạt chất lượng cao.Xong việc trồng và thu hoạch là thế,còn sau khi thu hoạch khâu bảo quản cũng quan trọng không kém.Trong khâu bảo quản thì sấy khô là khâu quan trọng nhất vì nó không những ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi ra thị trường.Do nhãn sau khi thu hoạch chỉ để được một thời gian nhất định và rất dễ bị thối. Vì thế đẻ bảo quản được lâu hơn chúng ta cần nghiên cứu các kĩ thuật và mô hìng sấy hợp lý. Trong khuôn khổ đề tài:Thiết kế tủ sấy Long Nhãn với năng suất 80(kg/mẻ) mỗi mẻ 4h,độ ẩm ban đầu 85% và độ ẩm ra 12%.Chúng em đã trình bày cách lụa chọn phương án tối ưu,tính toán và lắp đặt các thiết bị trong hệ thống sấy. Đồ án gồm 30 trang được chia làm 3 phần trong đó có hai bản Ao và sử dụng 3 tài liệu tham khảo.Ba phần của đồ án là: Phần 1:Tổng quan và lựa chọn phương án sấy Phần 2:Tính toán các quá trình về sấy Phần 3:Tính cơ khí Sau cùng là phần kết luận,nhận xét và đánh giá phương án. Tuy chúng em đã cố gắng nhiều ,nhưng do chưa có kinh nghiệm thực tế trong việc thiết kế hệ thống sấy nên quá trình tính toán ,thiết kế không tránh khỏi thiếu sót.Chúng em rất mong được sự thông cảmvà chỉ dẫn góp ý thêm của các thầy và các bạn để đồ án môn học của chúng em được hoàn thiện hơn. PHẦN I CÔNG NGHỆ SẤY LONG NHÃN I. KHÁI NIỆM VỀ SẤY: - Sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơi nước nhận năng lượng để chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và nhờ tác nhân mang thải vào môi trường. a) Vật liệu ẩm: - Là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi trong quá trình hình thành hoặc gia công, bản thân các vất liệu như nông sản thực phẩm (ngô, khoai, củ cải đường ...). Độ ẩm vật liệu gồm: +Độ ẩm tương đối. +Độ ẩm tuyệt đối. *Độ ẩm tương đối của vật liệu còn gọi là độ ẩm toàn phần là số phần trăm khối lượng nước (Rắn, Lỏng, Hơi) chứa trong một kg vật liệu ẩm. Kí hiệu: W *Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu là số phần trăm nước chứa trong mọt kg vật liệu khô. Kí hiệu: Wk b) Không khí ẩm: - Không khí ẩm gồm có không khí khô và hơi nước. Trạng thái của không khí ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm sấy. Độ ẩm của không khí gồm: +Độ ẩm tuyệt đối. +Độ ẩm tương đối. *Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng hơi nước có trong một mét khối không khí ẩm. Kí hiệu : Ph *Độ ẩm tương đối của không khí là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ ẩm tuyệt đối lớn nhất ứng với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm. Kí hiệu : j II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY: Để làm khô các loại vật liệu có nhiều cách khác nhau. Từ trước đến nay chúng ta đã biết tận dụng một phương pháp rất đơn giản mà chi phí lại không tốn kém. Đó là hình thức tận dụng ánh nắng mặt trời để làm khô. Tuy nhiên, phương pháp này phải phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, trong khi thời gian phơi lại kéo dài. Do phơi ngoài nắng sợi củ cải rất dễ bị lẫn tạp chất, độ ẩm không được đồng đều vì thế phương pháp này chỉ dùng cho những hộ cá thể. Để làm khô long nhãn nói riêng và những loại vật liệu (nông sản) nói chung người ta thường dùng các loại thiết bị sấy sau: Sấy thùng quay. Sấy tháp. Sấy tầng sôi. Sấy khí động. Sấy phun. Sấy tiếp xúc. Sấy chân không và thăng hoa. Sấy buồng. Sấy hầm. Sấy tủ. III. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẤY 1. Phuơng Pháp Sấy Tự Nhiên Phương pháp sấy tự nhiên nghĩa là phơi sản phẩm ngoài trời sản phẩm khô nhanh hay chậm phụ thuộc vào điều kiện thời tiết ngoài trời bên ngoài. Đặc điểm của long nhãn là độ ẩm rất lớn nên dễ rất dính bẩn mặt khác khi trong quá trình thao tách hột ra khỏi long nhãn rất dễ dinh một số tạp chất như vỏ hoặc lá do đó ở các vùng sản xuất long nhãn người ta thường phơi long nhãn trên những phên to và có che đậy cẩn thận. Khi trời nắng thì nong nhãn khô nhanh khoảng từ 2- 4 giờ có thể thu long nhãn vào cho vào thùng để điều hoà ẩm tạo điều kiện cho đóng gói được dễ dàng và thời tiết như thế là thuận tiện. Còn trường hợp trời mưa hoặc thỉnh thoảng trời mưa thì long nhãn xé không khô hẳn hay là ướt- khô rồi lại ướt (nếu không mưa liên tục) thì dẫn đến long nhãnbị chua và chất lượng sẽ bị ảnh hưởng. Như vậy bất cứ sản phẩm nào nếu sấy tự nhiên thì cũng phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nghĩa là thời gian sấy rất dài mất vệ sinh do bụi, ruồi, nhặng và chất lượng sản phẩm không đảm bảo. 2.Lò sấy thủ công Ở Hưng Yên và một số vùng khác trồng nhãn hiện nay đang sử dụng các lò sấy thủ công đơn giản. Buồng sấy được xây dựng bằng gạch đỏ, sàn và khay sấy được làm bằng tre và nứa. Phía dưới của buồng sấy là lò đốt, phía trên lò đốt được xây một lớp gạch, lớp gạch này có tác dụng ngăn ngọn lửa với khay sấy và là bộ phận tích nhiệt để cung cấp nhiệt cho buồng sấy, nhằm tạo nên sự đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy và dòng khí đối lưu cung cấp ôxy cho lò đốt. 3. Máy sấy vỉ ngang Có năng suất thấp vì thế ngày nay thế giới ít dùng. Vật liệu ẩm được đổ lên từng vỉ tấm lưới thép lỗ nhỏ nằm ngang và có thể xếp nhiều lớp vỉ nằm phía trên lò đốt. Khói lò xuyên qua lớp hạt nằm trên các vỉ đốt nóng hạt và mang hơi ẩm qua ống thoát khí ẩm. Các máy này gồmh có vỉ ngang nên những máy này ngoài sấy hạt còn có thể sáy hoa màu như khoai, sắn lát với năng suất từ vài trăm kilôgam đến vài tấn trong một giờ. Loại này chất lượng sấy kém: khô không đều, chi phí lao đọng cao vì phải cấp liệu và dỡ mẻ từng mẻ do đó tổn thất nhiệt cao nên không phù hợp với việc sấy long nhãn. 4. Máy sấy liểu sàn nghiêng: Máy sấykiếu sàn nghiêng gồm một hay nhiều máng có lỗ làm bằng kim loại đặt trong buồng sấy. Kèm theo máng có lò đốt và quạt gió. ở các nước người ta dùng cả hai kiểu tĩnh tại và di động. Những máy sấy sàn nghiêng di động thường đi kèm với máy gặt đập liên hợp để sấy thóc ngoài đồng hoặc sấy thóc lúc đưa từ ngoài đồng về. 5. Máy sấy buồng: Gồm có hai trụ tròn làm bằng tấm lướ hoặc tôn đục lỗ lắp đồng tâm, phần ruột vành khăn của các trụ để chúă các hạt ẩm để lầm khô. Khí sấy xuyên từ trụ tròn trong qua lớp hạt cố định mang hơi ẩm ra ngoài. Hạt được rải trên mặt băng tải đục lỗ (dạng băng tải lưới) khí sây xuyên qua lỗ của băng tải đi theo hướng thắng góc với lớp hạt và hút ẩm của hạt và bốc theo ra ngoài băng tải làm viêc gián đoạn. Khi hạt khô cho băng tyải làm việc để đưa hạt khô ra khỏi máy. Băng tải cũng có thể hoạt động liên tục. Thiết bị sấy này chỉ phù hợp với các loại vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ và không bị đính ướt do đó không phù hợp với việc sấy long nhãn. 6. Máy ssáy kiểu sàn: gồm có lò đốt quạt gió và tấm sàn ngang có lỗ để cho tác nhân sấy đi qua. Hạt được đóng bao xếp lên mặt sàn có lỗ và ssáy bằng không khí nóng nhờ quạt gió đảy vào. Kiểu sấy này được dùng nhiều ở Anh hiện nay ở nước ta cúng có loại máy này nhưng phần sàn lỗ không có nên chưa sử dụng rộng rãi. Sấy buồng gió có nhiều kiểu, dạng xilô đựơc dùng rộng rãi ở nhiều nước. Loại này dùng để thông gió cho hạt bằng không khí thường hoặc có gia nhiệt. Thiết bị này gồm có thùng chứa hạt, quạt gió, lò đột nóng không khí và các cơ cấu cung cấp và dỡ liệu. Nhiều nứơc dùng thiết bị sấy xilô nhất ở Anh, Mỹ. Ở nước ta tại nhầmý chế biến thức ăn chăn nuôi do Bugari lắp đặt có máy sấy kiếu xilô. Hiện nay loại máy này đã được sử dụng khá rộng rãi ở một số tỉnh Bắc trung bộ. 7.Máy sấy kiểu chớp: Hạt được bố chí thành lớp thẳng đứng trên các sàn nghiêng (kiểu chớp). Hạt chiếm toàn bộ không gina giữa các tấm chớp. Nhờ mặt thoáng lờn và lớp hạt trên tấm chớp mỏng hạt rễ được bốc hơi ẩm. Máy có thể làm việc với gió thường không gia nhiệt hoặc có gia nhiệt hoặc với khói lò và hoạt động liên tục hoặc gián đoạn. 8. Máy sấy tháp: Trong các máy máy sấy kiểu trụ và kiêiu chớp hạt được chuyển động liên tục thành lớp liên tục xuống dưới và khí sấy được đưa vào buồng sấy theo hướng thẳng góc.Do tác đọng của trọng lực bản thân hạt chuyển đọng trong tháp vận tốc chuyển động của hạt được xác định bằng khả năng thoát của bộ phận tháo liệu. 9. Máy sấy kiểu trống: Trong các máy sấy trống, trống đặt hơi nghiêng và hơi chậm nhờ các cánh trong trống đảo, nâng và nếm vạtt liệu bị rơi trên cánh xuống dưới từ cánh này tiếp sang cánh khác. Cùng lúc khí sấy xuyên qua lớp hạt, hạt vừa bị đảo vừa dịch chuyển dọc trống theo chiều nghiêng đặt trống. 10. Máy sấy rung: gồm một loạt mặt sàng (lưới hoặc tôn đục lỗ) xếp chồng lên nhau với khoảng cách nhất định và có chuyển động rung qua lại tạo cho hạt dịch chuyển, tự đảo. Khi hạt chuyển đọng trên mặt sàn được tác nhân sấy thổi từ dưới lên làm khô vật liệu ẩm 11. Máy sấy hạt kiểu sôi: Gồm hi dạng sấy phun và sấy tầng sôi. Các buồng sấy của máy của Liên Xô có hình dạng chóp nón cụt có đáy nhỏ miệng trên lớn. Khi sấy vật liệu ẩm được đưa vào máy từ miệng vào đáy nhỏ vận tốc tác nhân sấy tại đáy nhỏ có trị số lớn và càng đi cao dần lên thì vận tốc cang giảm. Tại phần giữa của nón cụt ngược vận tốc bay của hạt bị giảm. Dòng hạt toả ra và chảy xuống theo vách theo mức độ khô và nhờ dòng khí sấy thổi, hạt được năng cao dẫn lên và cuối cùng được đưa khỏi buồng sấy để rơi sang xyclôn. Tại dâyd hạt và khí sấy tách khỏi nhau. Nhược điểm cở bản của sấy phun này là hạt khô không đồng đều trong các máy sấy tầng sôi quá trình làm khô được thực hiện tương đối đồng đều. Hạt ẩm được đưa vào máy nằm trên mặt sàn có khí sấy thổi từ dưới lên. 12. Hầm sấy: Hầm sấy có hình dạng khối hộp. Thành buồng sấy được bọc cách nhiệt và cách ẩm có cửa để nạp và lấy sấy phẩm. Vật sấy được rải đều thành lớp trên các tầng khay đặt gác lên khung giá trong buồng sấy. Bộ phận ra nhiệt cho tác nhân sấy co thể đặt trong hoặc ngoài hầm sấy. Tác nhân sây được đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức nhờ hệ thống quạt. Hầm sây được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến nông sản, chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ănn chăn nuôi. Nó có thể sấy các vật sấy bất kể ở dạng nào( đơn chếc, dạng hạt, dạng miếng, n\mảnh nhỏ xếp lớp; dạng bột nhão, dạng lỏng). Hầm sấy có cấu tạo đơn giản: dễ lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư ít. Trong các thiết bị trên thì Sấy Hầm là thích hợp với long nhãn hơn cả. Ưu điểm: Thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ (theo mẻ), không sản xuất liên tục Kết cấu không phức tạp Vận chuyển thủ công (bằng tay) Thích hợp với những vật liệu có độ ẩm cao Nhược điểm: Năng suất nhỏ Không thích hợp với những vật liệu dạng hat có độ ẩm cao Hiện nay cây nhãn ở nước ta được trồng chủ yếu ở hai tỉnh Hưng Yên và Bắc Giang, ngoài ra cây nhãn cũng trồng được trên nhiều vùng đất khác nhau. Về mặt nông lâm nghiệp, cây nhãn đóng vai trò quan trọng trong việc phủ xanh đất trống đồi núi trọc. Về mặt kinh tế, cây nhãn là loại cây hàng hoá có thể đem lại thu nhập đáng kể cho nông dân. Về thị trường, do hương vị thơm ngon, giá trị dinh dưỡng cao nên nhãn có khả năng tiêu thụ rộng trên thị trường trong nước và xuất khẩu. Về cơ cấu tiêu thụ, hiện nay khoảng 34-40% lượng nhãn được tiêu thụ ở dạng quả tươi, khoảng 60-70% sản lượng nhãn được sấy thành long nhãn để xuất khẩu. Long nhãn là một món ăn nhiều chất dinh dưỡng và rất được ưa chuộng. Nguyên liệu để làm long nhãn là cùi nhãn được sấy khô, long nhãn có thể vận chuyển được đến những nơi xa và có thể bảo quản được trong thời gian dài. Trên đây em trình bầy phương pháp sấy cùi nhãn thành long nhãn khô. PHẦN II TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH A.TÍNH NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẤY I. NĂNG SUẤT SẤY TRONG 1 GIỜ Mỗi mẻ sấy làm việc trong 10 giờ, do đó năng suất trong 1 giờ là: G1 = 400 kg Lượng nguyên liệu đầu (có độ ẩm 85%) đưa vào hầm sấy G2 = G1 = 400 = 86 kg Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ là W = = 31,4 II. XÂY DỰNG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT VÀ TÍNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ ẨM CẦN THIẾT: Ở điều kiện khí hậu Việt Nam ta lấy thông số không khí ngoài trời t0 = 250C và j0 = 85% tương ứng điểm A trên đồ thị I-d. Từ I-d ta xác định được d0= 17 I0 = 69 Chọn nhiệt độ không khí trước khi vào hầm sấy ở điểm B là tB = 800C (theo kinh nghiệm). Trạng thái này được xác định bởi giao điểm B của đường thẳng d1 = d0 = 17 và đường t = t1 = 800C. Đoạn thẳng AB biểu diễn quá trình đốt nóng không khí trong caloriphe. Tra trên đồ thị I-d ta có: I1 = 125 d0 = d1 = 17 tB = 800C Để chọn trạng thái tác nhân sau quá trình sấy lý thuyết ta chọn t2 = 400C. Do đó điểm C0 còn cho phép xác định: = 32 tC= 400C = 65% Như vây, lượng không khí khô lý thuyết cần thiết là: l0= = = 66,6 kgKK/kg ẩm hay: L0 = l0.W = 66,6 x 31,4 » 2091 kg/h Với nhiệt độ t1 = 800C, j = 6% theo bảng “Thể tích không khí ẩm trong 1kg không khí khô”, ta xác định được thể tích tác nhân ứng với điểm B (j = 6%; t=800C) VB= LB . VB = 2091 . 1,07 = 2237,4 m3/h Thể tích không khí ở điểm C (j=65%, t=400C, VC=0,95) VC= LC . VC = 2091 . 0,95 = 1986,5 m3/h Thể tích không khí ở điểm A (j=85%, t=250C, VA=0,9) VA= LCo . VA = 2091 . 0,9 = 1881,9 m3/h Do đó lưu lượng thể tích trung bình của hầm sấy bằng: V0= = = 2111,95 m3/h V0= = 0,59 m3/s III. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HẦM SẤY 1.KÍCH THƯỚC KHAY SẤY: Tủ chứa 32 khay chia làm 4 ngăn mỗi ngăn 8 khay. Trọng lượng mỗi khay m = 27 kg có kích thước. Các khay được xếp cách nhau 10cm. Lk = 800 mm Hk = 30 mm Bk = 550 mm 2. Kích thước hầm sấy: Hầm sấy có kích thước trong Dài: = 4200 mm Rộng: = 700 mm Cao: = 1450 mm Khi đã xác định được kích thước trong của hầm ta quyết định kết cấu tường, trần, nền hầm sấy. Tường hai bên được xây bằng gạch đỏ một lớp 110. Trần hầm sấy gồm 2 lớp bê tông cốt thép (tấm đan) và lớp xỉ cách nhiệt dầy 100mm. Nền hầm sấy được xử lý bình thường gồm 1 lớp bê tông gạch vỡ, một lớp xỉ than cách nhiệt sau đó láng 1 lớp xi măng. Cửa hầm làm bằng tôn 2 lớp giữa có bông thuỷ tinh cách nhiệt. Như vậy hầm sấy có kích thước ngoài là: Dài: = 4200 mm Rộng: 700 + (2 x 150) = 1000 mm Cao: 1450 + 150 = 1600 mm Diện tích hai bên tường là: Ft = 2 x 4200 x 1600 = 13440 = 13,44 m2 Diện tích hầm sấy: Ftr = 4200 x 1000 » 4,2 m2 IV. TÍNH TOÁN NHIỆT CHO HẦM SẤY Tính toán nhiệt cho hầm sấy với nội dung là tính tổn thất nhiệt trong tất cả các trường hợp để từ đó biết được nguồn năng lượng loại nào và sẽ sử dụng bao nhiêu kg để có thể cho được nhiệt lượng đã tổn thất trong quá trình sấy. Chúng ta tính tổng nhiệt lượng cần tiêu tốn trong quá trình sấy: 1.Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1 kg ẩm: q1 = i2 – CaĐ1 [62-IX] Trong đó: i2 = r + Cpa.t2 entanpi - Cpa: nhiệt rung riêng của hơi nước: Cpa = 1,842 kJ/kgđộ - r = 2500 kJ/kgđộ nhiệt ẩm hoá hơi - t2: nhiệt độ của tác nhân sấy khi đi ra t2 = 400C - q1: nhiệt độ của nước q1 = 250C - Ca: nhiệt rung riêng của nước Ca = 4,18 kJ/kgđộ q1 = 2500 – 4,18.25 = 2396 kJ/kgđộ Nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi W kg ẩm trong 1 giờ sẽ là: Q1 = W . q1 = 31,4 . 2396 = 75234.4 kJ/h 2.Tổn thất nhiệt do 1 kg vật liệu sấy mang đi q2 = [178-II] Trong đó: - G2 = 8,6 kg/h năng suất sản phẩm trong thời gian 1 giờ - W = 31,4 lượng ẩm bốc hơi trong thời gian 1 giờ - Cvl: nhiệt rung riêng của long nhãn Cvl = 3,845 kJ/kgđộ - q1, q2: nhiệt độ vật liệu vào và ra: q1 = 250C q2 = 400C q2 = = 16 kJ/kg ẩm Nhiệt lượng tổn thất khi bốc hơi W kg ẩm của vật liệu trong 1 giờ Q2 = q2 . W = 16 x 31,4 = 502,4 kJ/h 3.Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi Lk = 900 mm Hk = 30 mm Bk = 800 mm Trong đó: mK : khối lợng của một khay Ck: nhiệt dung riêng của khay thay số: kJ/mẻ kJ/kg ẩm 4.Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh a.Tổn thất nhiệt qua hai tường bên (QT): Căn cứ lượng không khí lý thuyết và kết cấu khay ta giả thiết trước tốc độ tác nhân sấy trong hầm sấy V = 1,2 m/s Tổng tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ta sử dụng công thức Q4 = 3,6 . k . F . Dt [24-VTT] Trong đó: F: diện tích hai bên tường hầm sấy F = 2 . H . L = 2 . 4200 . 1450 = 12.180.000 = 12,18 m2 k: hệ số truyền nhiệt (w/m2 độ) k = [193-II] Tính a1: - Hệ số cấp nhiệt từ trong hầm đến mặt trong của tường - Với giả thiết V = 1,2 m/s, a1 được tính như sau: a1= 6,15 + 4,17. V [144-II] = 6,15 + 4,17 . 1,2 = 11,15 W/m2độ Dòng nhiệt do tác nhân truyền cho mặt trong của tường sấy bằng q1=a1.(t1 – tT1) t1: nhiệt độ trung bình trong hầm sấy t1= tT1: nhiệt độ mặt tường trong hầm sấy Giả sử t1 và tT1 chênh lệch nhau 3,50C tT1 = 60 – 3,5 = 56,5 Ta có: q1= 11,15 (60 – 56,5) = 39,025 W/m2 Tính a2: Nhiệt độ ngoài tường tT2 tính theo công thức tT2= tT1 - = 56,5 - Trong đó: - d1: chiều dày tường gạch; d1=0,15m - l1: hệ số dẫn nhiệt của gạch; l1=1,45 W/mđộ Biết nhiệt độ trong phòng đặt thiết bị t2 = 300C và nhiệt độ mặt ngoài tường hầm sấy tT2=410C. Ta tìm được nhiệt độ chênh lệch giữa mặt tường ngoài và môi trường là: tT2 – t2 = 41 – 30 = 110C Nhiệt độ trung bình không khí gần ngoài mặt tường ngoài là: tm= = 35,50C Từ nhiệt độ này ta tìm được các thông số của khí: b = = = Ta có: l = 2,65 . 10-2 (W/mđộ) = 15,8 . 10-6 (m2/s) Pr= 0,70 Gr= = = 4,72.109 Trong đó: - g: gia tốc tự do; g = 9,81 m/s - b hệ số trên - Dt: Hiệu nhiệt độ tường và môi trường; Dt = 110C - v: Độ nhớt động học - l: kích thước hầm; l = 1,5m Tiêu chuẩn Nuxen trong truyền nhiệt đối lưu tự nhiên bằng: NU= C.(Gt.Pt)n [143-II] = 0,135(4,72.109.0,7)1/3 = 202 Và hệ số cấp nhiệt a2 bằng: = = = 3,57 W/m2độ Như vậy dòng nhiệt truyền từ mặt ngoài tường hầm sấy vào môi trường bằng: q2= a2 . Dt2 = 3,57 . 11 = 39,5 W/m2 Sai số giữa dòng nhiệt truyền từ hầm sấy ra tường và từ mặt ngoài tường ra môi trường: Dq%= = = 1,2% Sai số này nhỏ hơn 5% (là sai số cho phép) cho phép chúng ta xem kết quả trên là tin cậy. Khi đã có a2; a2; ta thay vào tính hệ số truyền nhiệt k: k= = [25-VII] = = = 2,13 W/m2độ Tổn thất qua hai tường bên là: QT= 3,6 . KT . Fr . Dt = 3,6 . 2,13 . 12,18 . (80 – 40) = 3735,85 kJ/h hay: qr= = 119 kJ/kg ẩm b.Tổn thất nhiệt qua trần: Tổn thất nhiệt qua trần cũng tính tương tự. Chú ý ở đây hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên giữa trần và môi trường = 1,2 = 1,2 . 3,57 » 4,3 W/m2độ Do đó: W/m2độ Vậy: Qtr = 3,6 . Ktr . Ftr . Dt Qtr = 3,6 . 1,92 . 4,2 (60-30) = 870,9 kJ/h Hay: qtr= = 27,73 kJ/Kg ẩm Trong đó: - d2, d3: chiều dầy trần lớp bê tông và lớp xỉ than - l2, l3: Hệ số dẫn nhiệt của bê tông và xỉ than - Ftr: Diện tích trần Ftr = 4,2 m2 - Dt: Chênh lệch nhiệt độ trung bình trong trần và phòng sấy c.Tổn thất nhiệt qua cửa: Cửa hầm sấy làm bằng thép hai lớp, giữa có lớp cách nhiệt bông thuỷ tinh dày 50 mm = 0,05m Công thức tính như sau: QC= 3,6 . KC . FC . Dt Trong đó FC = (HH . BH).4 = (1530 x 900) x 4 = 5508000 = 5,508 m2 Dt = KC: Hệ số truyền nhiệt qua cửa KC= Trong đó: - a1 = 11,15 hệ số cấp nhiệt từ hầm đến mặt trong cửa - a2 = 4,04 hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài cửa đến môi trường - l1 = 0,04 hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh - dC = 0,05 m chiều dày cửa bằng bông thuỷ tinh Thay số vào ta tính được KC: KC= = KC= = 0,6 w/m2độ Do đó QC= 3,6 x 0,6 x 5,508 x 35 = 416,4 kJ/h Hoặc: qC= = = 13,26 kJ/kg ẩm d.Tổn thất nhiệt qua nền: Mật độ dòng nhiệt qua nền lấy theo kinh nghiệm qn = 10 w/m2. Công thức tính nhiệt lượng tổn thất qua nền Qn= 3,6 x Fn x qn = 3,6 x 4,2 x 10 = 151,2 kJ/h Trong đó: Fn = 4,2 m2 e.Tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q4= QT + QTr + QC + Qn Q4= 3735,85 + 870,9 + 416,4 + 151,2 = 5174,35 kJ/h Hay: q4= = 164,8 kJ/kg ẩm 5.Tổng tất cả các tổn thất bằng QS= Q2 + Q3 + Q4 = 260,304 + 502,4 + 5174,35 = 5937,054 kJ/h Hay: qS= = 189,8 kJ/kg ẩm V. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ I-D CHO QUÁ TRÌNH SẤY THỰC: a.Quá trình sấy lý thuyết Trên đồ thị I-d ta xác định điểm A của tác nhân sấy trước calorife là giao điểm của hai đường t = 250C và j = 85% Điểm A có hàm ẩm do điểm B của tác nhân sấy sau calorife trước khi vào hầm sấy được xác định bởi giao điểm của đường d0 = const và đường t = 800C. Điểm B có hàm ẩm d1; d1º d0 = 17 g/kg KK. Điểm C điểm của tác nhân sấy sau khi ra khỏi hầm sấy. Nếu qúa trình sấy là lý thuyết nghĩa là không có tổn thất nhiệt cũng như không có tổn thất nhiệt bổ sung trong quá trình sấy thì điểm C được xác định là giao điểm của đường I2ºI1 và t2 = 400C. Đường ABC là đường của quá trình sấy lý thuyết b. Quá trình sấy thực Quá trình sấy thực là quá trình lượng nhiệt bổ xung thực tế D¹0. Ta tính xem giá trị D cụ thế như thế nào D = Ca.q1 – q2 – q3 – q4 Trong đó: - Ca = 4,18 nhiệt dung riêng của nước - q1 = 250C nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ nước - q2 = 16 kJ/kg ẩm; tổn thất nhiệt do một kg vật liệu mang đi - q3 = 8,3 kJ/kg ẩm; tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi - q4 = 164,8 kJ/kg ẩm D = 4,18.25 – 16 – 8,3 – 164,8 = -84,6 kJ/kg ẩm D có giá trị âm nên điểm C nằm phía dưới điểm C0. Ta xây dựng đồ thị cho quá trình sấy thực như sau: Trên đồ thị sấy lý thuyết ABC0: Trên đường BC0 ta lấy 1 điểm E bất kỳ. Từ E kẻ đường song song với trục od cắt AB tại điểm F. Từ E kẻ 1 đường song song với trục OI. Trên đường thẳng kéo dài đó ta lấy 1 điểm D. Đoạn ED được xác định như sau: ED= EF. Với m=1000. M1: tỷ lệ xích entanpi M1 = 1,8 mm/kg Md: tỷ lệ xích của hàm ẩm Md = 3,7 mm/g EF = 57mm đo thực trên đồ thị khác Ta có : = = 9,9 Nối điểm B (d1 = d0; t1 = 800C) với điểm D cắt đường t2 = 400C ta được điểm C. C chính là trạng thái tác nhân của không khí sau hầm sấy. Từ điểm C ta tìm được: d2 = 31 I2 = 121 2.Xác định không khí thực tế cần cho quá trình sấy: a.Lượng không khí Lượng không khí khô cần bốc hơI 1 kg ẩm: l = = = 71,4 kgkk/kg ẩm Lượng không khí cần để bốc hơi W kg ẩm trong 1 giờ L = l . W = 77 . 31,4 = 2417,8 kgkk/h Lượng tác nhân đi vào hầm sấy (tại điểm B sau calorife) LB= (1 + d0) . L LB= (1 + 0,017) . 2417,8 = 2458,9 kg/h Lượng tác nhân sấy ở điểm C LC= (1 + d2) . L LC= (1 + 0,03) . 2417,8 = 2490.3 kg/h b.Thể tích tác nhân sấy ở các điểm A,B,C: VA= LA . VA = 2417,8 . 0,9 = 2176,02 m3/h VB= LB . VB = 2417,8 . 1,07 = 2587,05 m3/h VC= LC . VC = 2417,8 . 0,95 = 2296,9 m3/h Thể tích trung bình của tác nhân sấy trước và sau quá trình sấy thực: VTB= = = 2441,98 m3/h V0= = 0,68 m3/s 3. Kiểm tra tốc độ tác nhân chuyển động trong buồng sấy: Tiết diện hầm sấy FH = BH . HH = 700 . 1450 = 1015000 = 1,015 m2 Tiết diện khay sấy chiếm: FK = 30 . 550 . 32 = 528000 = 0,528 m2 Tiết diện tự do: F = 1,015 – 0,528 = 0,487 Vậy vận tốc thực của tác nhân sấy chuyển động trong hầm sấy: = = = 1,32 m/s Giả thiết là 1,2 m/s vậy sai số là: = 10% Sai số nằm trong phạm vi ứng dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt a1 4.Cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng sấy: a.Cân bằng nhiệt Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đI Q5 và q5: Q5= L . CK . (t2-t1) [42-VII] Trong đó: - L: lượng tác nhân trung bình trước và sau hầm sấy L = 2417,8 m3/h - CK: nhiệt rung riêng của không khí CK= 1,005 kJ/kgđộ - t2: nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy t2=400C - t1: nhiệt độ không khí ngoài trời t1= 250C Q5= 2417,8 . 1,005 (40-25) = 36448,3 kJ/h Hay q5= kJ/kg ẩm b. Tổng nhiệt lượng tiêu hao: q = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 2396 + 16 + 8,3 + 164,8 + 1160 = 3745,1 kJ/kg ẩm Q= q. W = 3745,1 . 31,4 = 117596,2 kJ/h Tổng nhiệt lượng tính toán qs= l . (I1 - I0) - D = 71,4 (125 – 69) – 84,6 = 3722,7 kJ/kg ẩm Qs= qs . W = 4227,4 . 31,4 = 116893 kJ/h Ta có bảng sau: TT Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2396 58 2 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy q5 1202 29 3 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi q2 53 1,3 4 Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi q3 101 2.4 5 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q4 388 9,3 6 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 4140 100 7 Tổng nhiệt lượng tính toán (nhiệt ở calorife) qs 4312 Hiệu suất hầm sấy VI. TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT VÀ LƯỢNG THAN CHO QUÁ TRÌNH SẤY 1. Tính bề mặt truyền nhiệt : Chúng ta sấy long nhãn bằng khói lò gián tiếp. Than cháy sinh ra khói lò, khói lò mang nhiệt đốt nóng ông dẫn nhiệt, quạt thổi gió đi trong ống nhiệt, ở đây không khí nhận nhiệt từ thành ống rồi đi vào hầm sấy để sấy vật liệu. Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau: Lượng nhiệt khói mất đi bằng lượng nhiệt không khí sấy nhận vào (bỏ qua tổn thất) QK= GK . CK(tKV – tKR) = GKK . CKK (t1 – t2) Trong đó: - GK, GKK: lượng khói chạy ngoài ống và lượng không khí chạy trong ống - CK, CKK: nhiệt rung riêng trung bình của khói và của không khí sấy - tKV: nhiệt độ của khói vào - tKR: nhiệt độ của khói ra - t1, t2: nhiệt độ ra và vào của không khí sấy t1=800C, t2=250C Ta có phương trình truyền nhiệt QK= K . F . Dt [27-X] Trong đó: - K: Hệ số truyền nhiệt W/m2độ - F: bề mặt trao đổi nhiệt m2. - Dt: hiệu nhiệt độ trung bình K = - aK: hệ số cấp nhiệt của khói lò đến bề mặt ngoài ống - aKK: hệ số cấp nhiệt của bề mặt trong ống đến không khí trong ống - d;l: bề dày và hệ số dân nhiệt của thành ống thép d=0,005m; l=46,5 W/mđộ Chọn nhiệt độ của khói vào là: TKV= 6000C có CK = 1,214 kJ/kg độ [425-XX] Lưu lượng của khói ngoài ống chọn GK=1 kg/s Ta tính được nhiệt lượng tiêu hao (nhiệt lượng cần thiết) cho quá trình sấy: Q= 117596,2 kJ/h = = 32,66 kJ/s = 32,66 Kw Khi bỏ qua tổn thất của môi trường thì nhiệt của không khí nhận Q bằng nhiệt của khói toả ra QK và bằng nhiệt truyền qua vách ống Q2: Q= QK = Q2 = 32,66 kJ/s Để tìm được nhiệt độ của khói ta có tKR= tKV - [54-X] Ta có: tKR= 600 - = 5660C Nhiệt độ trung bình của khói: tKtb= = 5830C Xác định hệ số cấp nhiệt của khói lò cho thành ống: Nu= aK. [233-I] Trong đó: - d2: đường kính ngoài của ống d = 60 = 0,06m - l2: hệ số dẫn nhiệt của khói lò l2= 0,0742 w/m độ - aK: hệ số cấp nhiệt của khói Mặt khác các hàng ống ở đây xếp sole nên chuẩn số Nuxen có thê tính theo công thức sau: Nu= 0,41 Re0,6 . Pr0,33 . A . es [34-X] Trong đó: - Pr = 0,62 - A: hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dòng nhiệt Do Pr thay đổi ít nên A= = 1 es = 1 ống thẳng Re = Trong đó: - wK: tốc độ của khói wK= 1 m/s - d2=0,06m đường kính ngoài của ống - gK= 93,61 . 10-6 m2/s Re= = = 0,64 . 104 Vậy ta có: Nu= 0,41 . Re0,6 . Pr0,33 . A . es Nu= 0,41 . (6400)0,6 . (0,62)0,33 . 1 . 1 = 123 Hệ số cấp nhiệt aK như sau: aK= = = 152 w/m2 độ Xác định hệ số cấp nhiệt aKK từ mặt trong ống đến không khí sấy (tác nhân sấy): Nu= aKK. [233-I] Trong đó: - d2: đường kính ngoài của ống d1 = d2 = 60 = 0,06m - lKK: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy lKK= 0,0283 w/m độ - aKK: hệ số cấp nhiệt của mặt trong ống đến tác nhân sấy Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: tKKtb= = = 52,50C Re= Trong đó: - wKK = 3,5 m/s (chọn) - d1 = 0,06m đường kính trong của ống - gKK = 18,25 . 10-6 m2/s độ nhớt của tác nhân ở 550C Re= = = 1,15 . 104 Re > 1.104 nên không khí sấy trong ống chảy rối ta áp dụng công thức Nu= 0,021 . Re0,8 . Pr0,43 . A . eR . e1 [54-X] Trong đó: - Pr: chuẩn số Prant Pr = 0,697 - A = 1 - eR = 1 - e1 = 1 Nu= 0,021 . (1,15.104)0,8 . (0,697)0,43 . 1 . 1 . 1 = 210 Thay vào tính aKK : aKK= Nu . = 210 . = 98,7 » 99 w/m độ Hệ số truyền nhiệt: K= = = 59 w/m2 độ Xác định hiệu nhiệt độ trung bình: Dttb= Trong đó: - Dtd = tKKR – tKKV = 80 – 25 = 550C - DtC = tKV – tKR = 600- 566 = 340C Dttb= = = » 43,60C Thay các giá trị vào ta tìm được diện tích truyền nhiệt F như sau: F = = = 12,7 m2 Tính số ống dẫn nhiệt: Nếu ống f60 dài 1,2m thì diện tích bề mặt ngoài của ống là Fô= p . fô . L = 3,14 . 0,06 . 1,2 = 0,226 m2 Vậy số ống trao đổi nhiệt sẽ là: = = 56 ống 2.Tính lượng than tiêu thụ: Nếu lấy hiệu suất của buồng đốt h = 60% = 0,6 Nhiên liệu ta sử dụng là than có các thành phần tính theo % như sau: C = 36,7; H = 2,7; S = 3,2; N = 0,7 O = 11,1; A = 20,6; W = 25 Nhiệt rung riêng của nhiên liệu Cnl = 0,5 Kcal/kg độ Nhiệt trị cao của nhiên liệu xác định theo công thức sau: QC = 81C + 300H – 26(O - S) [29-IX] Thay số vào ta có QC= 81.36,7 + 300.2,7 – 26(11,1 – 3,2) kcal/kg QC= 3577 kcal/kg = 14952 kJ/kg Chúng ta có nhiệt lượng tiêu hao cần cho quá trình sấy là: Q= 117596,2 kJ/h Vậy lượng than cần cho quá trình sấy là: T = = = 13 kg/h 3. Diện tích ghi lò: Số ống Æ60 là L = 1200 có cách bố trí như sau: + Chiều ngang 5 ống cách nhau tB= 120 (mm) + Chiều cao 14 hàng ống hai hàng ốgn liên tiếp xếp so le nhau + Khoảng cách hàng theo chiều cao th = 60 Vởy diện tích ghilò chọn là: Rộng Bg = 500 (mm) Dài: Dg = 700 (mm) Lượng than cho vào đợt đầu: lớp than dày 10 (HT) Td= Bg. Dg. HT. g = 0,5 . 0,7 . 0,01 . 0,9 = 0,0315 (Tấn)=31,5(kg) Trong đó: g là khối lưọng riêng của than đá g = 0,9 (T/m3) B. TÍNH TOÁN KHÍ ĐỘNG – CHỌN QUẠT GIÓ Trong các thiết bị sấy đối lưu thường dùng quạt ly tâm Căn cứ vào lượng thể tích không khí cần thiết C và trở lực của hệ thống H có thể chọn được quạt gió Công suất của quạt được xác định theo công thức N= (KW) Trong đó: V: lưu lượng thể tích của không khí m3/s H0: tổng trở lực hệ thống đã quy về điều kiện tiêu chuẩn mmH20 H0 = Trong đó: r0: khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn r0=1,29 kg/m3. rtb: khối lượng riêng trung bình của không khí trong buồng sấy (kg/m3) hq: hiệu suất của quạt Công suất động cơ điện là: NDC= Trong đó: KDC: hệ số an toàn hK: hiệu suất của khớp nối H: trở lực thuỷ lực của toàn hệ thống (N/m3) I. TÍNH TRỞ LỰC CỦA HỆ THỐNG: Áp suất của quạt H bằng tổng áp suất động năng Hđ và áp suất tĩnh (bỏ qua chiều cao địa lý vì khối lượng riêng của không khí nhỏ) H= Ht + Hđ (m) Trong đó: - Ht : tổng tổn thất tĩnh của đường ống Ht = (m) - Hđ : tổn thất ấp suất động năng Hđ = 1.Tổn thất tĩnh của đường ống: Tổn thất tĩnh của đường ống bao gồm tổn thất cục bộ và tổn thất do ma sát của đường ống và hệ thống: DP1= H1 = H1 cũng có thể tính như sau: H1= S.1.R + S.Z(mm H20) Trong đó: - l: hệ số ma sát giữa dòng khí và ống - l, d: chiều dàI và đường kính ống (m) - x: hệ số trở lực cục bộ - W: vân tốc không khí trong ống (m/s) - r: khối lượng riêng của không khí (kg/m3) - R: hệ số tổn thất trở lực do ma sát trên 1m ống thẳng (mm H2O/m) tra đồ thị [127-XII] - Z: trở lực cục bộ (mm H2O) phụ thuộc vào cấu tạo các đoạn ống to, nhỏ, đột thu, đột mở, van, cút a. Tính trở lực cục bộ và ma sát trên đoạn ống cong và ống thẳng: *) Trở lực của cút cong: Ống đưa tác nhâ._.