Tìm hiểu công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá, tính toán thiết kế một số thiết bị chính trong dây chuyền như máy sấy với năng suất 2000 Tấn bột cá/năm

LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp sản xuất bột cá chất lượng cao làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc là rất quan trọng và mang tính cấp thiết. Bột cá chiếm tỷ lệ khá lớn trong nguyên liệu thức ăn do đó có tác động lớn đến sự phát triển của ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thuỷ sản. Ở nước ta, nguyên liệu để sản xuất bột cá là rất lớn và đa dạng. Tuy nhiên hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho cá nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi trong nước đều nhập từ nước ngoài. Còn lại khoảng 30% do các nhà máy trong nước nhập thiết bị nước ngoài sản xuất tại các tỉnh: Hải Dương, Đà Nẵng, Cà Mau, Kiên Giang . Nhiệm vụ đồ án của em là tìm hiểu công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá, tính toán thiết kế một số thiết bị chính trong dây chuyền như máy sấy với năng suất 2000 Tấn bột cá/năm. Dựa vào kiến thức đã học, tài liệu tham khảo, quá trình thực tập ở nhà máy Lạch Bạng, bản đồ án được thiết kế gồm: Phần I. Tổng quan về công nghệ sản xuất bột cá Phần II. Tính toán và thiết kế máy sấy Phần III. Tính toán và thiết kế thiết bị ngưng tụ barômét Phấn IV. Tính toán và thiết kế vít tải vận chuyển Bản đồ án được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Máy Và Thiết Bị Hoá Chất Dầu Khí, đặc biệt em xin chân trọng gửi lời cảm ơn toàn thể các thâỳ cô đã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành bản đồ án này . Do còn hạn chế về trình độ và kinh nghiệm nghiên cứu nên bản đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Em rất mong được thầy cô chỉ bảo thêm. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN XUÂT BỘT CÁ I. Tình hình sản xuất bột cá làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn gia súc 1.1. Tình hình thực tế chăn nuôi gia súc: Thực tế chăn nuôi ở nước ta trong thời gian qua cho thấy sự tiến bộ về công nghệ và thiết bị chế biến thức ăn gia súc, sự đa dạng về nguyên liệu đã có tác động rất lớn làm tăng trưởng mạnh đàn gia sức, gia cầm, diện tích nuôi trồng thuỷ sản cả về số lượng và chất lượng. Song điều đáng lo ngại có thể cản trở sự phát triển của nghành chăn nuôi là giá thức ăn gia súc chăn nuôi còn quá cao, giá thành thành sản phẩm chăn nuôi còn đắt hơn so với các nước trong khu vực, làm cho người chăn nuôi ít lãi hoặc không có lãi, khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới thấp, thậm chí một số sản phẩm chăn nuôi không xuất khẩu được. Đây là thách thức lớn đặt ra cho nghành chăn nuôi cần có biện pháp hạ giá thức ăn bằng cách sản xuất, tạo nguồn nguyên liệu trong nước thay thế nhập khẩu. Nguyên nhân làm cho giá thức ăn chăn nuôi gia súc tăng cao do 1 số nguyên liệu phải nhập ngoại với giá cao, vì trong nước chua đáp ứng được cả về chất lượng lẫn số lượng sản phẩm. Trong thành phần thức ăn chăn nuôi gia súc ngoài ngô, đỗ tương, khoáng ... lượng bột cá chiếm tỉ lệ khá lớn từ 5 -10% nguyên liệu đối với thức ăn gia cầm, 20 - 60 % với thức ăn nuôi trồng thủy sản, nhưng chiếm 15 - 50 % cơ câu giá. Theo đề án đẩy nhanh công nghiệp hóa, hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn của bộ đến năm 2010 nghành công nghiệp chăn nuôi nước ta phấn đấu đạt trung bình 25 kg thịt hơi / nguời/ năm, xuất khẩu 200000 tấn thịt, đáp ứng trên 40% lượng sữa tiêu dùngtrong nước. Tổng sản lượng thuỷ sản 3,4 triệu tấn, trong đó khai thác hải sản 1,4 triệu tấn, nuôi trồng và khai thác nội địa 2triệu tấn. Để có được các chỉ tiêu trên chúng ta cần khoảng 1,2 ¸1,5 triệu tấn bột cá / năm làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm và nuôi trồng thuỷ sản. 1.2. Tình hình nguyên liệu bột cá trong nước: Hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc trong nước đều nhập khẩu chiếm khoảng 70%, gia rất cao ( 7000 – 8000 đồng / kg ) từ các nước như: Peru, Chilê, Nhật, Trung Quốc. Tuy nhiên hàm lượng dầu thấp sản xuất theo công nghệ ép tách dầu, số ít của Thái Lan, Malai .. còn lại 30% do hơn 10 nhà máy trong nước nhập thiết bị nước ngoài sản xuất nằm tại các tỉnh Hải Dương, Đà nẵng, Kiên Giang và một số cơ sở khác liên doanh với nước ngoài mới được bộ thuỷ sản cho phép xây dựng ở Bà Rịa Vũng Tàu và Biên hoà, với công suất là 1000 ¸ 3600 tấn bột cá / năm. Với tốc độ sản xuất bột cá như hiện nay các nhà máy chế biến thức ăn trong nước mới sản xuất được khoảng 30000 ¸ 50000 tấn / năm cộng với lượng bột cá sản xuất bằng phương pháp thủ công đến năm 2010 chúng ta chỉ đáp ứng khoảng 10% nhu cầu sử dụng, số còn lại phải nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy mở rộng đầu tư phát triển các nhà máy sản xuất bột cá là nhu cầu cần cấp thiết đặt ra cho các cấp, các nghành 1.3. Tình hình sản xuất bột cá ngoài nước: Hàng năm trên thế giới sản lượng thuỷ sản đạt gần 100 triệu tấn 70% sản lượng cá làm thực phẩm trực tiếp cho con người, còn lại 30% Dùng làm bột cá ( 25,5 triệu tấn). Về chất lượng dinh dưỡng đến có thể nói chưa có loại nguyên liệu nào thay thế được cho bột cá giàu năng lượng, hàm lượng các axít béo cao, nhiều vitamin và kích thích tốt bột cá gây cảm giác ngon miệng cho vật nuôi. Có rất nhiều nước có nghành sản xuất bột cá phất triển như NaUy, Nhật Bản, Mỹ, Chi Lê,...Chilê sản xuất 1155 nghìn tấn, Peru là 1287 nghìn với giá bán 500USD/tấn Trong khu vực, các nước có nghành sản xuất bột cá phát triển, sản phẩm xuất đi nhiều nước trên thế giới là: Trùng Quốc, Đài Loan, Thấi Lan, Malai... II. Công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá 2.1. Tổng quan về công nghệ và dây chuyền thiết bị: Công nghệ sản xuất bột cá hiện nay dựa trên 2 quy trình công nghệ chính là: - công nghệ sản xuất không ép tách dầu và nước - cong nghẹ sản xuất có ép tách dầu và tách nước 2.1.1. Quá trình công nghệ sản xuất bột cá không ếp tách dầu: Công nghệ này được sử dụng ở một số nước như: Thái Lan, MaLai ... sơ đồ công nghệ như sau: cá nguyên liệu hấp chín sấy khô làm nguội khử mùi khí thải nghiền nhỏ khí sạch đóng bao Ưu điểm của công nghệ này là thiết, công nghệ sử dụng đơn giản năng suất lớn, chi phí đầu tư thiết bị thấp Nhược điểm của công nghệ này là nguyên liệu chế biến giới hạn, cá loại nguyên còn hàm lượng dầu thấp. Nếu sử dụng các loại cá có hàm lượng lipít trên 2% thì lượng dầu trong bột cá khi sấy khô vẫn còn lại 10% lượng dầu này vượt quá tiêu chuẩn cho phép Trong dây chuyền thiết bị rửa bẩn, nhớt thối, rửa mặn trong đá ướp cá nên sản phẩm dễ lẫn tạp chất Chi phí cho quá trình khá lớn, do nhiệt độ sấy cao nên chất lượng bột cá sản phẩm giảm, việc không tách được dầu làm bột cá dễ bị hư hỏng, thời gian bảo quản ngắn, mướn kéo dài phải sử dụng hoá chất để bảo quản. Mặt khác bột cá nhiều dầu rất khó nghiền nhỏ vì vậy các nhà máy chế biến thức ăn phải trộn với các nguyên liệu khác để nghiền nhỏ được trước khi tạo viên. Do vậy bột cá không tách dầu thường chỉ dùng sản xuất thức ăn cho gà, lợn, ... Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng đĩa, dùng tác nhân dầu ở nhiệt độ 200 ¸ 2500C, hiệu quả sử dụngcao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng nồi hơi), nhưng giãn nở nhiệt rất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo, đặc biệt công nghệ gia công phức tạp, thông thường các công ty Thai Lan phải liên doanh với Mỹ để chế tạo. Chính vì có nhiều hạn chế nên trên thế giới công nghệ này càng ít được sử dụng. 2.1.2. Quy trình công nghệ sản suất bột cá tách dầu, tách nước: Với các nước có nền công nghệ sản xuất bột cá hiện đại như : NaUy, Nhật bản, Đài Loan ... chủ yếu sử dụng công nghệ sản xuất bột cá có ép tách dầu trước khi sấy. Ngoài sản phẩm chính là bột cá người ta còn thu được một sôd sản phẩm khác từ dầu cá. Ưu điểm cảu công nghệ này do tách được phần lớn lượng dầu, lượng nước nên quá trình làm khô nhanh, nhiệt độ sấy không cao ( sử dụng nhiệt từ nồi hơi ) chi phí cho quá trình làm khô thấp, sản phẩm bột cá có màu sáng, chất lượng rất cao ( các loại bột cá chất lượng cao của Nhật Bản, ChiLê lượng dầu rắt thấp dưới 2%. Thời gian sử dụng lâu dài hơn 3 – 4 lần so với bột cá không tách dầu. hiện nay trên thị trường bột cá chất lượng cao chế biến theo công nghệ ép dầu dễ tiêu thụ, giá cao 30¸50 USD/tấn, được các nhà máy chế biến thức ăn nuôi trông thuỷ sản ưa chuộng Tuy nhiên với công nghệ này cần nhiều thiết bị hơn các thiết bị ở công đoạn sản xuất bột tuy yêu cầu công nghệ chế tạo không cao nhưng các thiết bị trong khâu tách dầu, xử lý dầu cá thành những sản phẩm cao cấp, phục vụ y học khá phức tạp nên chi phí đầu tư lớn Trên thế giới các nước sản xuất và xuất khẩu bột cá NaUy, Nhật Bản, ChiLê, Trung Quốc là những nước dung công nghệ ép dầu, vì vậy để cạnh tranh trên thị trường quốc tế, các nước chế biến bột cá tương lai đang mở rộng quy mô sản xuất. Quy trình sản xuất rất đa đạng, tuỳ thuộc vào yêu cầu sản xuất. Trước đây ở Nhật Bản, Trung Quốc quy mô khá phổ biến 10, 15, ..100 tấn cá/ngày, đến nay chủ yếu là nhà máy công suất 257 tấn cá / ngày. Quy mô lớn hay nhỏ phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp nguyên liệu, khả năng vốn đầu tư và thị trường tiêu thụ. Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá ép tách nước: cá nguyên liệu rửa phân loại cá to cá nhỏ băm hấp ép bánh cá sấy làm nguội nghiền đóng gói dầu cá và nước tách dầu dầu tinh chế dầu cá nước xử lý nước sạch 2.2. Công nghệ và dây chuyền sản suất bột cá ở Viết Nam: 2.2.1. Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá trong nước: `cá nguyên liệu rửa phân loại cá to cá nhỏ cắt dầm xương hấp bánh cá đánh tơi sấy làm nguội nghiền mịn dầu cá, nước tách dầu nước nước xử lý nước sạch bã dầu cá trộn bột cá khô lọc xử lý cô đặc khí ẩm xử lý mùi khí sạch ép 2.2.2. Công nghệ sản xuất bột cá trong nước: Ưu điểm của công nghệ này là chất lượng bột cá sản phẩm cao, thiết bị chế tạo phù hợp với trình độ công nghiệp của nước ta hiện nay Nguyên liệu cho nhà máy là các loại cá nguyên con, cá được đưa từ tàu về hoặc trong kho lạnh bảo quản. Cá trước khi chế biến được rửa sạch bằng nước ấm, có thể sử dụng nước ngưng tụ trong các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng hơi nước. Để tách tạp chất, làm tan nước đá, rửa nước muối, và phân loại cá. Cá có kích thước lớn qua máng cắt nhỏ, sau đó qua băng tải chuyển đến máng dần xương, mục đích của quá trình này là làm nát xương cá kích thước lớn, tạo điều kiện cho quá trình hấp chín và ép được dễ dàng. Máy rửa được thiết ké theo nguyên lý tang quay kết hợp băng tải làm việc liên tục, máy cắt hoạt động theo nguyên lý dao quay. Máy bẻ xương hoạt động theo nguyên lý trục cán. Sau khi bẻ xương, nguyên liệu đựoc chuyển đến công đoạn hấp chín bằng hơi nước nhằm mục đích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo điều kiện cho quá trình ép tách dầu, tách nước triệt để dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị hấp dạng vít xoán làm việc liên tục, chế độ làm việc của thiết bị được thiết kế đảm bảo nguyên liệu sau khi qua máy được làm chín triệt để trong thời gian ngắn nhất 6 – 10 phút, nhiệt độ hấp 100 ¸ 1250C, thiết bị được bảo ôn tránh làm tổn thất nhiệt trong quá tình sản xuất. Tiếp đó nguyên liệu từ bộ phận hấp được chuyển đến máy ép để tách dầu và nước ra khỏi thịt cá. Thiết bị ép được thiết kế theo nguyên tắc hai trục vít quay ngược chiều , chất lượng máy ép đảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu cá ( độ ẩm bánh cá sau khi ép 50 - 53% lượng dầu 0,2 - 0,5% Sản phẩm đặc ra khỏi máy ép là bánh cá đước đưa lên máy đánh tơi qua vít xoắn vận chuyển cánh rời, cùng một lúc thực hiện hai quá trình vân chuyển và làm nhỏ, máy đánh tơi có kết cấu dạng búa đập. Tiếp theo sản phẩm được vận chuyển bằng băng chuyền đến máy sấy. Quá trình sấy cá được sấy liên tục trên máy sấy. Máy sấy được thiết kê sử dụng nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao đổi nhiệt caloriphe, nhiệt độ sấy được duy trì tự động ở nhiệt độ thích hợp 70 ¸ 80 0C đảm bảo chất lượng cá tốt, không làm biến chất prôtít, độ ẩm bột cá sau khi sấy không vượt quá 10 ¸ 11% Sau khi qua máy sấy, sấy khô sản phẩm đi qua vít xoắn làm nguội đến nhiệt độ 40 ¸ 500C và chuyển đến phân loại, cuối cùng đến máy nghiền, ở đây bột cá được nghiền nhỏ và được phối trộn thành bột cá có độ đạm khác nhau, tuy theo yêu cầu của người tiêu dùng. Sau đó bột cá qua vít tải làm mát xuống 35 ¸40 0C và được đóng bao để chuyển đến các nhà máy chế biến thưc ăn gia súc, các công đoạn làm viêc được thực hiện liên tục trên dây chuyền thiết bị, là quy trình khép kín. Dầu cá và nước được xử lý chế biến riêng, được cô đặc làm thước ăn chăn nuôi và các sản phẩm phụ khác sử dụng thiết bị ly tâm, dầu được cô đặc bằng thiết bị cô chân không, dùng nhiệt từ nồi hơi. Nước cá chất lượng kém được xử lý qua hệ thống bể bioga thải ra ngoài với nước cá chất lượng tốt có thể sử dụng làm nước mắm khí ẩm thoát ra từ máy sấy được xử lý mùi băng phương pháp cho qua tháp phun mùi dung dịch khử mùi trước khi ra ngoài khí quyển 2.3. Tìm hiểu về công nghệ sản suất bột cá của nhà máy Bình Dần 2.3.1. Lý thuyết về công nghệ sản xuất: Sau thời gian đi tìm hiểu về công nghệ và thiết bị nhà máy tại Lạch Bảng thuộc Tỉnh Thanh hoá thì các thiết bị và công nghệ được nhập khẩu từ Trung Quốc về với công nghệ sản xuất bột cá tách dầu và nước. Tuy nhiên công nghệ và thiết bị được đơn giản hơn nhiều. Công nghệ như sau: Cá sau khi đánh bắt được mua về qua phân loại rồi được vít tải đưa cá từ phía dưới lên vào máy hấp Sau khi nguyên liệu đựoc chuyển đến công đoạn hấp chín bằng hơi nước nhằm mục đích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo điều kiện cho quá trình ép tách dầu, tách nước triệt để dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị hấp dạng vít xoán làm việc liên tục, chế độ làm việc của thiết bị được thiết kế đảm bảo nguyên liệu sau khi qua máy được làm chín triệt để trong thời gian ngắn nhất 6 – 10 phút, nhiệt độ hấp 100 ¸ 1250C, thiết bị được bảo ôn tránh làm tổn thất nhiệt trong quá tình sản xuất. Tiếp đó nguyên liệu từ bộ phận hấp được chuyển đến máy ép để tách dầu và nước ra khỏi thịt cá. Thiết bị ép được thiết kế theo nguyên lý ép dễ dàng, chất lượng máy ép đảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu cá ( độ ẩm cá sau khi ép 50 ¸ 53% lượng dầu 0,2 ¸0,5%) Tiếp theo sản phẩm cá sau khi ép được vận chuyển bằng trực tiếp đến máy sấy. Quá trình sấy cá được sấy liên tục trên máy sấy dạng trống quay. Máy sấy được thiết kê sử dụng nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao đổi nhiệt caloriphe, nhiệt độ sấy được duy trì tự động ở nhiệt độ thích hợp 70 ¸ 80 0C đảm bảo chất lượng cá tốt, không làm biến chất prôtít, độ ẩm bột cá sau khi sấy không vượt quá 10 ¸ 11% Nước và dầu cá sau khi ra từ máy ép qua máy sàng để loại bỏ tạp chất, được dẫn vào thiết bị phân ly lỏng rắn, ở đây phần rắn được giữ lại phía dưới, còn chất lỏng sạch được lấy phía trên. Chất lỏng được đua vào hệ thiết bị tách dầu bằn nhiệt, nhờ nhiệt đun nóng chất lỏng nên dầu nổi lên phía trên, dầu được lấy ra và được tinh chế. Chất lỏng được tháo xuống bằng van xả đáy xuống bể chứa, nước ở bể chưa được máy bơm bơm vào hệ thống tháp cô đặc trao đổi nhiệt bằng ống chùm phía trong là hơi nước. Nước cá sau khi cô đặc thì được băng tải đưa trở lại vít tải để vào máy sấy tiếp tục quá trình. Hơi nước sau khi bốc hơi do độ chân không nên khí được hút vào thiết bị ngưng tụ barômét, tai đây nước lạnh được bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi nước. Khí hơi còn lại được thải ra ngoài môi trường 2.3.2. Thực tế sản xuất: Do quá trình sản xuất thực tế không cung cấp đủ nhiệt cũng như khả năng thu hồi bột cá từ nước ép cá là không lớn... Nên nhà máy đã đơn giản hoá công đoạn quá trình như sau: Cá sau khi được đưa về nhà máy, vít tải vận chuyển cá trực tiếp vào máy sấy bỏ qua công đoạn hầm và ép. Như vậy công nghệ sản xuất từ ép cá tách nước và dầu chuyển sang công nghệ không tách nước và dầu Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng đĩa, dùng tác nhân dầu ở nhiệt độ 200 ¸ 2500C, hiệu quả sử dụngcao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng nồi hơi), nhưng giãn nở nhiệt rất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo, đặc biệt công nghệ gia công phức tạp. Hơi nước sau khi bốc hơi do độ chân không nên khí được hút vào thiết bị ngưng tụ barômét, tai đây nước lạnh được bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi nước. Khí hơi còn lại được thải ra ngoài môi trường Ngoài ra còn có thêm thiết bị thu hồi bột cá là xyclon, khi hơi nước đã bay hơi hết thì bột cá sẽ bị hút lên cùng, vì vậy xyclon thu hồi một phần bột cá rồi đưa xuống vít tải quay lại máy sấy Bột cá ra khỏi máy sấy được vít tải vận chuyển vào máy sàng để phân loại và đóng bao. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY I. Giới thiệu quá trình sấy và thiết bị sấy 1.1. Giới thiệu về quá trình sấy: Sấy là một quá trình công nghệ quan trọng được sử dụng rất nhiều trong nghành công nghiệp hoá chất cũng như nghành thực phẩm. Quá trình sấy nhằm loại độ ẩm ra khỏi vật liêu để bảo quản làm tăng chất lượng và vận chuyển vật liêu được đễ dàng hơn ...Trong công nghiệp dùng phổ biến nhất là các phương pháp sấy đối lưu và sấy tiếp xúc. Khi sấy đối lưu, nhiệt đươc truyền trực tiếp từ chất tải nhiệt đến vật liệu sấy.Các chất tải nhiệt thường là không khí, khói lò và hơi quá nhiệt. Khi sấy tiếp xúc thì nhiệt được truyền từ bề mặt đốt nóng đến vật liêu đem sấy tiếp xúc với bề mặt đốt nóng đó. Điều kiện cơ bản để thực hiện quá trình sấy là phải có chênh lệch áp suất hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh (pxm > pxh). Ẩm liên kết với vật liệu bằng các lực cơ học và lý hoá khi sấy sẽ bị loại ra được, bởi vì nó có thể làm thay đổi tính chất hoá lý và phân huỷ vật liệu. Trong quá trình sấy, độ ẩm di chuyển được nhờ có sự khuyếch tán từ trung tâm vật liệu đến bề mặt, từ bề mặt đó ẩm được bay hơi vào không khí, có bao nhiêu lượng ẩm ở bề mặt bay hơi thì cung có bấy nhiêu lượng ẩm cần phải chuyển từ lớp bên trong đến bề mặt vật liệu. Nếu quan hệ đó bị phá vỡ thì bề mặt vật liệu bị khô, bị nứt nẻ, bị biến dạng và kết quả chất lượng kém Trong trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí lớn hơn áp suất hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu đem sấy thì quá trình sẽ ngược lại – sự hút ẩm của vật liệu tiến hành cho đến khi đạt trạng thái cân bằng giữa áp suất hơi trên bề mặt vật liệu và áp suất hơi trong không khí. Độ ẩm khi ấy trong vật liệu gọi là độ ẩm cân bằng wcb. Quá trình sấy được tiến hành đến độ ẩm không được bé hơn wcb nếu làm khác đi thì sau khi sấy độ ẩn sẽ tăng lên là do có quá trình hút ẩm. 1.2. Các giai đoạn trong quá trình sấy: Quá trình sấy một vật liệu ẩm được chia thành 3 giai đoạn như sau : - Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu ( giai đoạn I ): Giai đoạn này thường rất ngắn: Nó tương ứng với việc nâng nhiệt độ của vật liệu tới khi đạt được nhiệt độ sấy (khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước ). Nhiệt độ đó không đạt được ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường là một chất có độ dẫn nhiệt kém. ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh. Đồ thị mô tả các giai đoạn sấy - Giai đoạn tốc độ sấy không đổi (giai đoạn II, giai đoạn đẳng tốc ): Giai đoạn II tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu. Trong giai đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường. Nhiệt lượng mà vật nhận được chỉ dùng để bay hơi ẩm, nên nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy không đổi. Trong giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi một khi các thông số của tác nhân sấy không đổi. - Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần (giai đoạn III, giai đoạn giảm tốc): Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần ở đó sẽ giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm xuống nhanh chóng. Trong giai đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ các lớp trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc độ bay hơi từ bề mặt vào môi trường. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môi trường xung quanh (nhiệt độ của tác nhân sấy) và do đó có thể vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu. Thực tế trong giai đoạn này người ta thường duy trì nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn so với nhiệt độ cho phép của vật liệu để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Về lý thuyết, để tăng cường độ quá trình trong giai đoạn giảm tốc ta chỉ có thể thay đổi những yếu tố bên trong vật liệu sấy. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy: Tốc độ sấy là tốc độ khuyếch tán của nước từ trong vật liệu ra ngoài không khí, được quy ước biểu thị bằng lượng hơi nước bốc hơi từ một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian [ kg ẩm/m2.h ] . Ngoài ra, trong thực tế sản xuất, tốc độ sấy còn được biểu diễn qua lượng hơi nước bốc hơi từ một đơn vị khối lượng vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian [kg ẩm/kg hạt.h ], hoặc là phần trăm ẩm của vật liệu sấy giảm trong một đơn vị thời gian [% ẩm/h ]. Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố phức tạp. Trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy được quyết định bởi tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào trong không khí. Theo Danton tốc độ bay hơi từ bề mặt phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy và trong không khí. Như vậy muốn sấy được nhanh phải tăng áp suất hơi trên bề mặt vật liệu sấy, hoặc giảm áp suất hơi trong không khí. áp suất hơi bề mặt vật liệu sấy tăng và giảm theo sự tăng giảm độ ẩm và nhiệt độ của nó. Do đó, tốc độ sấy cũng tăng, giảm phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của vật liệu sấy tăng, giảm. Lúc đầu quá trình sấy, độ ẩm trong vật liệu sấy cao nên có tốc độ lớn , càng về cuối, độ ẩm của hạt càng giảm nên tốc độ sây giảm. Mặt khác, nước trong vật liệu sấy khi bốc hơi kèm theo sự thu nhiệt, nếu không có sự đốt nóng, cung cấp từ ngoài vào lượng nhiệt tương ứng thì nhiệt độ của vật liệu sấy bị giảm dần, làm giảm tốc độ sấy. Do vậy, muốn tăng tốc độ sấy cần phải cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy. Trong thực tế, thường dùng không khí nóng hay hỗn hợp không khí với khói lò để làm chất đốt nóng vật liệu sấy đồng thời là chất mang ẩm gọi là tác nhân sấy. Tốc độ bay hơi nước phụ thuộc vào tốc độ cung cấp nhiệt từ ngoài vào và do đó tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy. Như vậy, tăng nhiệt độ của tác nhân sấy là biện pháp tăng tốc độ sấy. Tốc độ không khí đi trên bề mặt vật liệu sấy cũng có ảnh hưởng lớn đến tốc độ sấy. Vì tốc độ không khí càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt từ ngoài vào vật liệu sấy vật liệu sấy hạt càng tăng và do đó tốc độ khuyếch tán hơi nước trên mặt vật liệu sấy vào không khí càng lớn. Theo các tài liệu thì tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc là do tốc độ truyền nhiệt qua lớp biên bao quanh vật liệu sấy quyết định. Tốc độ có thể được tăng lên bằng cách tăng nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy. Tóm lại: trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào các thông số của tác nhân sấy như: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của không khí, hướng và chiều chuyển động của không khí bao quanh vật liệu sấy … Trong giai đoạn giảm tốc , tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khuyếch tán ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu sấy: vì trong giai đoạn này, tốc độ khuyếch tán ẩm bên trong hạt nhỏ hơn tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường. Do đó tốc độ sấy của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào các thông số bên trong của vật liệu như : dạng liên kết ẩm, cấu trúc, hình dạng và kích thước của vật liệu sấy … Ngoài ra, tốc độ sấy còn phụ thuộc vào hướng và chiều của gradien nhiệt độ. Nếu gradien nhiệt độ cùng chiều với gradien ẩm thì quá trình sấy sẽ được tăng cường. Ngược lại sẽ kìm hãm quá trình. Trên thực tế, với các quá trình sấy thông thường thì gradien nhiệt độ là ngược chiều với gradien ẩm. Để khắc phục nhược điểm đó các nhà khoa học Xô-viết đã đề ra phương pháp sấy hồi lưu đẳng nhiệt, tức là thực hiện quá trình sấy trong điều kiện đẳng nhiệt để loại trừ tác động ngược của gradien nhiệt độ. 1.4. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy sấy cá: Máy sấy cá là một thiết bị dùng để nấu cá đồng thời làm bốc hơi phần lớn lượng nước chứa trong nó. Máy sấy cá( nấu cá ) có dạng hình trụ nằm ngang, bên ngoài vỏ có một lớp bao hơi dể cấp nhiệt. Bên trong có một trục rỗng được đun nóng băng hơi nước, các cánh đĩa được gắn vào trục rỗng, trên cánh đĩa có đường gân trao đổi nhiệt. Trục rỗng đươc gắn với động cơ có thể chuyển động được theo tốc độ yêu cầu Nguyên lý hoạt động của máy sấy cá như sau : cá sau khi đánh bắt được đưa về kho chứa, cá được vít tải vận chuyển lên cao và được cho vào cửa phía 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hình vẽ máy sấy: 1- vỏ máy; 2 - cửa thoát hơi nước; 3 - cửa nạp liệu; 4 - gối đỡ trục 5- đường hơi nước vào; 6 - đường hơi nước ra; 7 - cửa tháo liệu 8 - bệ đỡ thùng sấy; 9 - Bộ truyền động đai trên của máy sấy cá, sau khi vào máy sấy cá được lưu lại một thời gian. Hơi nước sinh ra từ nồi hơi được cấp vào bao hơi và được đưa vào trong trục rỗng, hơi nước sẽ vào trong các rãnh xoắn ốc. Tại đây quá trình trao đổi nhiệt xảy ra, nước ngưng sau khi trao đổi nhiệt sẽ theo trục rỗng chảy về phía cuối và quay về nồi hơi. Cá được đun nóng đến nhiệt độ tối cao, sau đó được giữ ở một nhiệt độ nhất định, hơi nước được đun nóng bốc hơi lên và được hút qua một ống ở phái trên. Cá được giữ lại cho đến khi đạt độ ẩm yêu cầu thì ra khỏi thiết bị . * Ưu điểm và nhược điểm của máy sấy cá: Máy sấy cá là một thiết bị sấy loại tiếp xúc, vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đốt nóng và thường cùng chuyển động với các bề mặt này.Do làm việtc ở áp suất chân không nên động lực gây ra hiện tượng dịch chuyển ẩm không chỉ là độ chênh nhiệt độ do vật liệu sấy đốt nóng mà chủ yếu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và không gian bao quanh luôn luôn được duy rì độ chân không nào đố trong suât quá trình sấy nhờ máy bơm chân không. Do đó máy sấy loại này chỉ dùng để sấy các vật liệu sấy không chịu được nhiệt độ cao. Hơn nữa do kết cấu phức tạp để tạo chân không và duy trì nó trong suốt quá trình sấy nên chi phí năng lượng rất lớn Khi sấy vật liệu ở trạng thái tĩnh thì dễ xảy ra quá nhiệt bộ phận hơn là khi có khuấy trộn, vì thế người ta thường sấy các loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao trong các máy sấy chân không có cánh khuấy Ưu điểm của máy sấy chân không co cánh khuấy là: do có khuất trộn nên quá trình sấy tăng nhanh, dễ thao tác, có thể thu được vật liệu ở dạng bột Nhược điểm: làm việc gián đoạn, thiết bị cồng kềnh và phức tạp, chi phi vận hành cao. II. Tính toán công nghệ 2.1.Tính lượng nhiệt cần cấp : Quá trình sấy cá xảy ra theo ba giai đoạn khác nhau, giai đoạn thứ nhất là cá được đun nóng từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ sôi, giai đoạn này phải cấp thêm nhiệt để đun nóng thiết bị sấy. Giai đoạn thứ hai cung cấp nhiệt để làm bốc hơi nước, giai đoạn này nhiệt độ không thay đổi. Giai đoạn thứ ba xảy ra quá trình sấy cá, độ ẩm bên trong của cá sẽ bốc hơi để đạt được yêu cầu 2.1.1. Các thông số công nghệ: - Năng suất của máy sấy là G1 = 8000 kg / mẻ máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ - Nhiệt độ cá vào : tv = 200C - Nhiệt độ sôi cá : ts = 1010C - Hơi nước bão hoà : 7 at 2.1.2. Lượng nhiệt để đun sôi cá: Lượng nhiệt cần cấp cho giai đoạn thứ nhất dùng để đun cá lên nhiệt độ sôi và đun nóng thiết bị sấy - Nhiệt để đun cá lên nhiệt độ sôi: Qc = G1.Cc.( ts - tv) kJ trong đó : Cc là nhiệt dung riêng của cá Cc = 1,2 Cn = 1,2 .4,18 = 5,028 kJ/kg0C Cn là nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,18 kJ/kg0C ta có: Qc= 8000.5,028.( 101 - 20) = 3258144 kJ - Nhiệt để đun nóng thiết bị sấy: Qtb = Gtb.Ctb.(ts - ttb) trong đó Ctb là nhiệt dung riêng của vật liệu làm thiết bị, chon thép CT3 Ctb = 0,5 kJ/kh0C Gtb là khối lượng của thiết bị Gtb = 5000 kg ttb là nhiệt độ ban đầu của thiết bị, ttb = 250C ta có Qtb =5000. 0,5.(101 - 25) = 190000 kJ - Tổng lượng nhiệt cần cấp: Q1 = Qc + Qtb = 3258144 + 190000 = 3448144 kJ * Lượng nhiệt này được cấp bởi hơi nước bão hoà 7 at, theo bảng I.249 {I} ta có nhiệt độ của hơi nước là: th = 1640C Sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt nước sẽ ngưng tụ, nhiệt ngưng tụ nước bằng nhiệt ban đầu Theo bảng I.251{I} ta có: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở p = 7at, t = 1640C là: i’= 2769 kJ/kg nhiệt lượng riêng của nước ngưng i” = 673,4 kJ/kg Lượng hơi nước cần cung cấp : D1 = = = 1645 kg * Thời gian để đun sôi cá là t1 = 40 phút, vậy lưu lượng hơi nước cần cấp trong thời này là: D1’ = 1645.= 2468 kg/h 2.1.3. Lượng nhiệt để bốc hơi: Quá trình bốc hơi xảy ra sau khi quá trình đun nóng cá đến nhiệt độ tối cao, trong suốt quá trình nhiệt độ không thay đổi - Lượng nước cần bốc hơi là : W = 75%. G1 = .8000 = 6000 kg - Nhiệt lượng cần để bốc hơi là: Q2 = W. r (kJ) trong đó r: nhiệt hoá hơi r = 2260 kJ/kg ta có Q2 = 6000.2260 = 13560000 kJ * Lượng hơi nước cần cung cấp D2 = = = 6470 kg Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t2 = 120 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là : D2’ = 6470. = 3235 kg/ h 2.1.4. Quá trình sấy cá: Sau quá trình bốc hơi, lượng nước thoát ra ngoài gần như hầu hết, lượng cá còn lại G3 = G1 - W = 2000 kg - Quá trình sấy cá với độ ẩm còn lại là w1= 30% xuống w2 = 10% Lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình sấy là: W3 = G1. = 2000. = 445 kg - Nhiệt lượng để sấy cá: Q3 = W3.r = 445. 2260 = 1005700 kJ - Lượng hơi nước cần cấp: D3 = = = 480 kg - Thời gian để thực hiện giai đoạn này lớn hơn hai giai đoạn trước, được tính theo công thức VII.53-{II}: t = trong đó b : hê số chứa của thùng là tỉ số diện tích chúa đầy vật liệu của thùng với diện tích tiết diện ngang của thùng, lấy b = 0,15 r : khối lượng riêng của vật liệu r = 1500 kg/m3 A: cường độ bốc hơi là lượng ẩm được lấy đi từ 1m3 thể tích thùng trong 1 giờ, A = 40 kg/m3h ta có t = = 75 phút Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t3 = 75 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là : D2’ = 480. = 384 kg/ h 2.1.5. Thời gian quá trình trong một mẻ: Đồ thị biểu diễn ba giai đoạn sấy Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ do đó tổng thời gian làm việc bao gồm thời gian phụ để chuẩn bị , thời gian cho quá trình sấy T = t1 + t2 + t3 + tp Trong đó: t1 là thời gian đun nóng đến nhiệt độ sôi t2 là thời gian bốc hơi t3 là thời gian sấy tp là thời gian phụ ta có T = 40 + 120 + 75 + 25 =260 phút 2.1.6. Bảng thống kê Giai đoạn Thời gian phút lưu lượng hơi cấp kg/h Lượng nhiệt cần kJ 1 T1 = 40 D1 = 2468 Q1 = 3448144 2 T2 = 120 D2 = 3235 Q2 =13560000  3 T3 =75 D3 = 384 Q3 = 1005700  ST = 235 SD = 6087 SQ = 18012844 2.2. Xác định kích thước của thiết bị: 2.2.1. Kích thước cơ bản: Khi tính toán thiết bị sấy cần phải biết cường độ của thùng theo dộ ẩm ( lượng ẩm được lấy đi từ 1m3 thể tích thùng trong 1giờ) A kg/m3 và đường kính thùng Dt. Theo tiêu chuẩn chọn đường kính thùng Dt = 2000 mm ._. = 3 Thể tích thùng xác định theo giá trị của cường độ A Vt = m3 Chiều dài thùng Lt = m Tuy nhiên máy sấy làm việc gián đoạn, đồng thời lượng hơi ẩm thoát ra được hút ra ngoài bằng bơm chân không. Vậy chọn đường kính thiết bị D = 2 m chiều dài thiết bị L = 6 m - Đường kính trục rỗng d = 0,2 m - Rãnh xoắn là hình bán trụ được gắn vào cánh dĩa, với dr = 80 mm - Bước xoắn của rãnh xoắn là b = 300 m m - Bán kính của cánh đĩa Rc = 860 m m 2.2.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Dựa vào kích thước của thiết bị đã xác định ở trên, tính bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị giữa hơi nước bão hoà và vật liệu cá. Việc tính toán bề mặt trao đổi nhiệt là rất quan trọng, là yếu tố ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sấy. Bề măt trao đổi nhiệt ảnh hưởng đến lượng hơi nước cần cấp, ảnh hưởng đến thời gian quá trình sấy. Nếu bề mặt trao đổi nhiệt lớn thì lượng nhiệt cấp cho cá sẽ tăng lên, đồng thời lượng nhiệt tổn thất cũng tăng lên. Với máy sấy cá, bề mặt trao đổi nhiệt được thiết kế chủ yếu là những bề mặt của rãnh xoắn ốc được hàn lên các cánh đĩa. Bề mặt này tiếp xúc với vật liệu thay đổi liên tục nhờ trục rỗng quay với tốc độ nhất định nên làm tăng quá trình tiếp xúc với vật liệu cũng như tăng quá trình trao đổi nhiệt. Với thiết kế bề mặt trao đổi nhiệt như thế cần phải bố trí nhiều cánh đĩa gần nhau, như vậy mới đảm bảo cho quá trình cấp nhiệt.Tuy nhiên sẽ làm cho không gian thùng sấy sẽ rất nhỏ, lượng vật liệu chưa trong thùng sấy it hơn, làm giảm năng suất. Để hợp lý hơn cho quá trình sấy, ta tăng bề mặt trao đổi nhiệt lên bằng cách dùng bao hơi trao đổi nhiệt ở phía ngoài, bao hơi phủ lên bên ngoài 2/3 vỏ thùng sấy, còn 1/3 vỏ thùng phía trên vẫn để nguyên. Như thế bề mặt truyền nhiệt tăng lên do đó có thể giảm số cánh đĩa xuống, đồng thời không gian chứa vật liêu sẽ tăng lên đảm bảo năng suất nhưng kích thước của thiết bị không tăng lên. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định: F = F vỏ + Ftruc + Franh - Diện tích rãnh xoắn: Xem rãnh xoắn ốc ở bên một mặt cánh đĩa là một hình bán trụ cuốn thành hình xoắn ốc có đường kính là: dr = 80 m m Đường xoắn ốc có 2 tâm là O, hai điểm O1 O2 là tâm các đường tròn kế tiếp của rãnh xoắn ốc như trên hình vẽ 1/2 vòng xoắn đầu có tâm là O1, bán kính r1 = 150 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l1 = p.r1 1/2 vòng xoắn ốc thứ 2 có tâm O2, bán kính r2 = 300 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l2 = p.r2 1/2 vòng xoắn ốc thứ 3 có tâm O1, bán kính r2 = 450 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l3 = p.r3 1/2 vòng xoắn ốc thứ 4 có tâm O2, bán kính r2 = 600 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l4 = p.r4 Vậy hình xoắn ốc là tổng các vòng xoắn ốc đã xác định ở trên, có nghĩa đó là 1 hình bán trụ có chiều dài là: l = l1 + l2 + l3 + l4 + p.160 = p.(r1 + r2 + r3 + r4 + 160 ) Diện tích của hình bán trụ ở phần không tiếp xúc với cánh đĩa S1’ = (p.).l = (p.).p.(r1 + r2 + r3 + r4 +160) = (3,14.).3,14.( 150 + 300 + 450 + 600 +160) = 654677 mm2 = 0,655 m2 Một cánh đĩa có hai mặt là đường xoắn ốc, vậy bề mặt trao đổi nhiệt là: S1 = 2.0,655 = 1,3 m2 Chọn số cánh đĩa trên trục là : n = 30 đĩa Vậy tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt trên cánh đĩa: Sranh = 1,3.30 = 39 m2 thân thùng cánh đĩa rãnh xoắn 1720 200 0 1 0 2 300 80 Hình vẽ cánh đĩa - Diên tích phần vỏ: là phần diện tích 2/3 bề mặt ngoài của vỏ hình trụ nằm ngang không tính phần đáy Vỏ trụ có đường kính là D = 2m, chiều dài L = 6 m ta có Fvo = = thay số vào ta có: Fvo = .3,14.2.6 = 25,12 m2 120 1320 - Diện tích phần trục rỗng: là phần diện tích còn lại của trục rỗng khi gán cánh đĩa lên đó: Ftruc = (2). L trong đó d là đường kính trục rỗng d = 0,2 m ta có Ftruc = 3,12.0,2.6 = 3.768 m2 Vậy tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = F vỏ + Ftruc + Franh = 39 + 25,12 + 3,768 = 67.88 m2 2.2.3.Tính số vòng quay của trục rỗng: Số vòng quay của trục máy sấy phụ thuộc vào chiều dài, góc nghiêng đặt thùng, thời gian vật liêu lưu lại trong thiết bị sấy, được xác định theo công thức {III}: n = vòng/phút trong đó: L chiều dài trục L = 6m t thời gian sấy t = 253 phút d đường kính của trục d = 0,2m m là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo trục có gắn thêm cánh đĩa, m = 1 k là hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất vật liệu. chọn k = 0,7 sấy xuôi chiều Thay số vào ta được: n = = = 2,4 vòng /phút 2.2.4. Công suất cần thiết để làm quay trục: Theo công thức (VI.54)-{II}: N = 0,0013.d3.L.r.b.n kW trong đó : b là hệ số công suất phụ thuộc vào hệ số chứa và cánh đĩa, với hệ số với hệ số chứa b = 0,15 ta có b =0,026 L chiều dài trục L =6 m d là đường kính trục d = 0,2m r là khối lượng riêng của vật liệ sấy r = 1500 kg/m3 n số vòng quay của trục n =2,4 vòng/phút Thay số vào ta có: nếu tính cho cả cánh đĩa với đường kính dc = 1,72 m N = 0,0013.dc3.L.r.b.n = 0,0013. 1,723.6.1500.0,026.2,4 = 3,72 KW Vậy công suất cần thiết để làm quay trục là: N = 3,72 KW 2.3. Xác định hệ số trao đổi nhiệt: 2.3.1. Xác định hiệu nhiệt độ trung bình: Khi tính chế độ nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt, trước hết cần xác định đặc tính biến đổi nhiệt độ của chất tải nhiệt.Chọn sơ đồ chuyển động biểu diễn các đặc tính biến đổi nhiệt độ của các môi trường làmviệc: t(tb) GIAI ĐOẠI I GIAI ĐOẠN II GIAI ĐOẠN III tL tN + Giai đoạn thứ nhất: thể hiện trên hình vẽ,là quá trình đun nóng lên nhiệt độ sôi. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi bão hào cấp: t1’ = 1640C nhiệt độ hơi nước ngưng tụ: t1’ = 1640C nhiệt độ cá vào : t2’ = 200C nhiệt độ bốc hơi: t2” = 1010C Hiệu nhiệt: DtL = t1’ – t2’ = 164 – 20 =1440C DtN = t1’ – t2” = 164 – 101 = 630C Hiệu nhiệt độ trung bình được xác định: = = 960C + Giai đoạn thứ hai: là quá trình bốc hơi, nhiệt độ quá trình không thay đổi. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi nước: t1’ = 1640C nhiệt độ cá : t2” = 1010C Hiệu nhiệt độ trung bình: Dttb2 = 164 – 101 = 630C +Giai đoạn thứ ba: là quá trình sấy sau cùng, nhiệt độ của vật liệu sấy giảm. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi nước t1’ = 1640C nhiệt đọ của cá ra t3” = 600C Hiệu nhiệt: DtL = t1’ – t2’ = 164 – 101 = 630C DtN = t1’ – t3’ = 164 – 60 = 1040C Hiệu nhiệt độ trung bình được xác định: = = 820C + Hiệu nhiệt độ trung bình của cả quá trình: Dttb = (Dt1 +Dt2 + Dt3 ) = (96 + 63 + 82) = 800C 2.3.2. Xác định hệ số cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ đến thành thiết bị a1: Cường độ cấp nhiệt trong trường hợp này phụ thuộc vào tinh chất của hơi ngưng tụ, nhiệt lưu riêng của bề mặt ngưng tụ q hay chênh lệch nhiệt độ Dt = ts – tw, vị trí, hình dáng và cách bố trí bề mặt trao đổi nhiệt Trên cơ sơ những quyết định có tính chất lý thuyết về quá trình và công trình nghiên cứu thực nghiệm về quá trình ngưng tụ đã chứng minh rằng, hệ số cấp nhiệt phụ thuộc vào chế độ chảy qua lớp màng ngưng tụ và xác định bằng chuẩn số – tích số phức hợp ( GA, Pr, KK) Theo kết quả của phương pháp tính các số gần đúng liên tiếp, ta lấy = 0,276 và tính nhiệt độ lớp màng của chất ngưng tụ, mà trong trường hợp này là nhiệt độ cần xác định: tng = ts – 0,5..Dttb = 164 – 0,5.0,276.80 = 1520C Ở nhiệt độ này các thông số vật lý và số Pơran của chất ngưng tụ chọn theo cá bảng số liệu theo bảng I.129 -{I} Cp = 4,312 kJ/kg0C ; l = 0,683 Ư/m0C u = 0,186.10 -6 m2/s ; Pr = 1,17 - Ẩn nhiệt ngưng tụ khi nhiệt độ hơi bão hoà ở nhiệt độ t = 1640C r = 495,2 Kcal/kg - Hiệu số nhiệt độ riêng có trong chuẩn số ngưng tụ Kk Dt1 = t1’ – tw’ = 164 – 136 = 28 0C trong dố tw được tính theo công thức: tng = 0,5(tw’ + t1’) tw’ = Vậy nhóm chuẩn số ( GA, Pr, KK) bằng : ( GA, Pr, KK) = = = 1,58.1014 Với trường hợp ( GA, Pr, KK) < 1015 dùng được phương trình chuẩn số tính toán: Nu1 = 1,15. ( GA, Pr, KK)1/4 = 1,15 (1,58.1014)1/4 = 4077 Hệ số cấp nhiệt từ hơi đến thành thiết bị: a1 = Nu1. = 4077. = 1392 2.3.3. Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu a2: Ta biết vật liệu sấy là cá với độ ẩm rất cao, sau khi vào máy sấy cá vừa được cấp nhiệt vừa được cánh đĩa khuấy trộn nên tạo thành một hỗn hợp lỏng, ta xem hỗn hợp lỏng này có tính chất như là nước Các tính chất của vật liệu sấy được xác định thông qua nhiệt độ trung bình của vật liêu sấy tc = t1’ - Dttb = 164 – 80 = 840C Thông số vật lý của nước ở nhiệt độ tc = 800C theo bảng I.129 -{I} Cp = 5,02 kJ/kg0C ; l = 0,665 Ư/m0C u = 0,416.10 -6 m2/s ; Pr = 2,66 Do vật liệu sấy được khuấy trộn bằng cánh đĩa nên chuẩn số Nu có dạng sau: Nu2 = 0,36. Re2/3.Pr1/3 trong đó ta lấy nhiệt độ trung bình của chất vật liệu sấy và vận tốc khuấy trộn làm các đại lượng cần xác định. Chuẩn số Re và Nu có dạng sau: Re = ; Nu = trong đó: - dc đường kính cánh khuấy d = 1,72 m - D đường kính thiết bị D = 2 m - n số vòng quay của trục n = 2,4 vòng/phút - n hệ số nhớt động học u = 0,416.10 -6 m2/s Ta có: Re = = = 3,64.106 Vậy Nu2 = 0,36. Re2/3.Pr1/3 = 0,36. (3,64.106)2/3.2,661/3 = 3639 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu sấy: a2 = Nu2. = 3639. = 1210 2.3.4. Hệ số truyền nhiệt: Bài toán truyền nhiệt giữa một bên là trao đổi nhiệt đối lưu do hơi nước bão hoà ngưng tụ và một bên là trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy bốc hơi ẩm, có thể xem là bài toán truyền nhiệt qua tường phẳng. Nếu xem a1 là hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng và a2 là hệ số trao đổi nhiệt từ thành thiết bị sang vật liệu sấy thì hệ số truyền nhiệt K được xác định: trong đó: d chiều dày vỏ thiết bị d = 10 mm l hệ số truyền nhiệt vật liệu làm thiết bị , chon vật liệu thép CT3, ở nhiệt độ Dttb = 800C ta có l = 50,2 W/m0C thay số vào == 573 W/m2 0C Do có nhiều chất cặn bẩn bám vào thành thiết bị nên lấy hệ số sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt là: j = 0,85 Vậy hệ số truyền nhiệt : K = j.K0 = 0,85.573 = 487 W/m2 0C 2.3.5. Quá trình truyền nhiêt: Phương trình cơ sở đối với sự tính toán quá trình trao đổi nhiệt là: Q = k.F.Dttb.t trong đó - Q : nhiệt lượng cần cấp W.h - F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 - Dttb : hiệu nhiệt độ trung bình, 0C - K : hệ số trao đổi nhiệt, W/m2 0C - t : thời gian quá trình sấy , h Do quá trình cấp nhiệt diễn ra theo từng giai đoạn khác nhau, vì vậy cần áp dụng phương trình cho từng giai đoạn. Trong ba giai đoạn thì giai đoạn cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi là lớn nhất, đồng thời thời gian cấp nhiệt theo yêu cầu là nhỏ nhất. Vậy ta kiểm tra với lượng nhiệt cần cấp như thế có đảm bảo thời gian cho quá trình. ta có Q2 = k.F.Dttb2.t2 nhiệt lượng cấp cho giai đoạn thư hai Q2 = 13560000 kJ = Dttb2 = 630C ; K= 487 W/m2 0C ; F = 67.88 m2 Vậy thời gian : = = 1,8 h = 108 phút Mặt khác theo lý thuyết giai đoạn cấp nhiệt cho quá trìng bốc hơi cần thời gian lá 120 phút, vậy thời gian cấp nhiệt thực tế là ít hơn. Để đảm bảo lượng nhiệt cung cấp ta giảm áp suất hơi bão hoà của hơi nước xuống thấp hơn 7at, khi đó nhiệt độ của hơi nước và nước ngưng sẽ thấp hơn III. Tính toán cơ khí cho thiết bị sấy: 3.1. Tính bích thiết bị: 3.1.1. Xác định kích thước cơ bản: Do thiết bị sấy cần bảo đảm độ chân không trong quá trình sấy do đó hai bích phía hai đầu thùng sấy phải đảm bảo tiêu chuẩn. Dựa vào đường kính của thiết bị ta xác định được kích thước của bích: Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 mm Đường kính ngoài của thiết bị: D0 = 2015 mm Ta có: Đường kính ngoài bích: D = 2141 mm Đường kính tâm bulông: Db = 2090 mm D1 = 2060 m Bu lông M20, db = 28 mm, Z = 44 cái Bề dày bích: h = 32 m m 3.1.2. Lực vận hành Tính bích giữa thân và nắp thùng khuấy: + Tính bu lông ghép bích: Theo {V} ta có lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lông: Dt - đường kính trong của thiết bị, Dt = 2000 mm. p - áp suất môi trường trong thiết bị, p = 0,1 N/mm2. Dtb - đường kính trung bình của đệm. Các loại đệm bít kín chọn vật liệu đệm là thép không rỉ với nhiệt độ lớn nhất của môi trường là 2000C. Dtb = 2040 mm. b0 – bề rộng tính toán của đệm b0 = ( 0,5 ¸ 0,8 ) b b – bề rộng thực của đệm, b = 10 mm -> b0 = 50 mm. m – hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm. q0 - áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm. Giá trị đại lượng q0 với thép m = 5,5 : q0 =120 ( N/ mm2 ) nên lực ép chiều trục sinh ra do xiết chặt bu lông: Lực cần thiết ép chặt đệm ban đầu: Q2 = p. Dtb .b0 .q0 = p.2040.50.120 = 3,85.106 (N) Lực tác dụng lên bu lông là: Q = Q1 + Q2 = 8,75.106 (N) Lực tác dụng lên một bu lông theo công thức : với z: số bu lông đã chọn là z = 44 chiếc. Đường kính chân ren của bu lông xác định theo công thức: Chọn dt = 32 mm. với [s]- ứng suất cho phép của vật liệu làm bu lông. Tra bảng {II} ứng suất cho phép của vật liệu làm bu lông [s] phụ thuộc vào nhiệt độ {s}=280 N/mm2 với thép 25X2MFA. - ứng suất tác dụng lên bu lông được xác định theo công thức {II}: 3.2. Tính toán bộ truyền động: 3.2.1. Chọn động cơ: Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong qúa trình tính toán thiết kế máy. Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ thì việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn hộp giảm tốc cũng như bộ truyền ngoài hộp. Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi hoạt động của từng loại. Với thiết bị này ta chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch với ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm là: hiệu suất và công suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc ( so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn). Nhờ có nhiều ưu điểm cơ bản, động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch được sử dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp. Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải, thùng trộn. Công suất động cơ: Trong đó: + k = 2: hệ số quá tải khi khởi động. + htd : hiệu suất truyền động: htd =hgt .ho8 .hnt. .hđ .hx Với: hgt = 0,97: hiệu suất hộp giảm tốc. ho = 0,99: hiệu suất ổ. hnt= 0,95: hiệu suất nối trục. hx = 0,96: hiệu suất bộ truyền xích hd =0,95: hiệu suất bộ truyền đai Þ htd =0,97. 0,998. 0,95.0.96.0,95 = 0,775 + hhd = 0,9 : hiệu suất hộp đệm. Do đó công suất động cơ: Ta có công suất động cơ Nđc = 9,34 (KW) và số vòng quay của trục khuấy là n = 2,4 vòng/phút. Do đó, theo trang 238 bảng phụ lục (P1.3 - VI). Các thông số kỹ thuật của động cơ 4A chọn kiểu động cơ: 4A- 132M4Y3 với các thông số: . Công suất N = 11 kW. . Vận tốc vòng n = 1458 vòng/phút. . Cos j = 0,87. . h = 89% . . TMax/ TDN = 2,2 . . TK/ TDN = 2 . Theo trang 242 bảng phụ lục (P1.7- VI). Kích thước của động cơ 4A: . Kích thước lắp đặt: L30 = 530; H31 = 350; D30 = 302. . Trọng lượng động cơ G = 93 kg. 3.2.2. Xác định bộ truyền động: Trong các hệ dẫn động cơ khí thường sử dụng các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít dưới dạng một tổ hợp biệt lập, được gọi là hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn. Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp. Tuỳ theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn – trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít – bánh răng hoặc bánh răng – trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng vòng và động cơ - hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, luyện kim hoá chất,… 3.2.2.1. Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động nđ/c – số vòng quay của động cơ đã chọn, vòng/phút. nlv – số vòng quay của trục máy công tác, vòng/phút. Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: chọn kết cấu truyền động giữa động cơ và hộp giảm tốc, do đó tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: Uh = 24. Với tỉ số truyền này ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp. 3.2.2.2. Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: ut = un . uh un – tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc. ( un có thể là tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ, bộ truyền xích ux, của bộ truyền bánh răng u br … ) là tích của các tỉ số truyền của các bộ truyền này. uh – tỉ số truyền của hộp giảm tốc. Chọn bộ truyền của hộp giảm tốc là truyền động bánh răng trụ hai cấp, tỷ số truyền là : uh = 24 Chọn bộ truyền ngoài hộp giảm tốc gồm : Truyền động xích từ động cơ đến hộp giảm tốc, tỷ số truyền ux = 5 Truyền động đai từ hộp giảm tốc đến trục, tỷ số truyền uđ = Sơ đồ truyền động cho trục 1- Động cơ điện ; 2 – Truyền động xích: 3 – Hộp giảm tốc 4 – truyền động đai: 5: Khớp nối 3.2.2.3. Xác định sơ bộ các bộ truyền động: 2.3.1. Bộ truyền xích: Đĩa nhỏ có số vòng quay cùng trục động cơ : n = 1458 vòng/phút Với tỷ số truyền là: ux = 5, ta có số vòng quay của đĩa lớn nx = vòng/phút Số răng của đĩa nhỏ: z1 = 22; Số răng của đĩa lớn: z2 = ux.z1 = 5.22 = 110 Chọn bộ truyền xích một dây có bước xích : p = 25,4 mm khoảng cách trục: a = 40.p = 40 .25,4 = 1016 mm Đường kính đĩa xích: = = 178 mm = = 889 mm 2.3.2. Bộ truyền hộp giảm tốc: Với tỷ số truyền uh = 24, chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, Chọn hộp giảm tốc 2 cấp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc uh cho các cấp theo bảng 3.1-Trang 43-{VI}: u1 = 6,48 u2 = 3,5 Số vòng quay của trục một băng số vòng quay trục đĩa lớn của bộ truyền xích n1 = 291,6 vòng/phút Số vòng quay trục hai: (vòng/phút) Số vòng quay trục hai: (vòng/phút) 2.3.3. Bộ truyền đai: Số vòng quay của đai nhỏ : n = vòng/phút Chọn đường kính đai nhỏ: d1 = 300 mm đường kính đa lớn: d2 = ud.d1(1-e) = 4.300.(1-0,02)= 1200 mm Khoảng cách trục : a = 1,5.( d1 + d2 ) = 1,5.( 1200+300) = 2250 mm 3.3. Tính kiểm tra bền cho hệ thống: 3.3.1.Kiểm tra bền cho vỏ thiết bị sấy: Thiết bị vỏ mỏng khi chụi áp suất ngoài hoặc áp suất chân không vượt qua giá trị tới hạn, sẽ mất tính ổn định. Tức là mất hình dạng ban đầu và bị bẹp thành nhiều múi, mặc dầu ưng suất nến trong vỏ đang thấp hơn ứng suất cho phét rất nhiều Thiết bị sấy là loại vỏ trụ ngắn có thể bẹp thành nhiều múi cho nên có nhiều giá trị áp suất tới hạn tuỳ theo số múi. Áp suất tính toán bên ngoài tác dụng lên thành thiết bị bao gồm áp suất do độ chân không trong thiết bị và áp suất trong bao hơi gây ra là: pn = pck + ph = 0,7.106 + 0,1.106 = 0,8.106 N/m2 Trong đó: - pck áp suất gây ra bởi độ chân không, pck= 0,1.106 N/m2 - ph áp suất gây ra do hơi bão hoà, ph = 0,7.106 N/m2 Kiểm tra điều kiện theo XIII.30- {II}: và điều kiện theo XIII.31- {II}: „ = 0,00528 „ 0,523 trong đó D : đường kính của thiết bị D = 2000 mm L : chiều cao thiết bị H = 6000 mm Et : môđun đàn hồi ở nhiệt độ t của thành thiết bị Et = 191 .109 N/m2 (tại t = 500C) Vì thỏa mãn hai điều trên nên ta có thể tính chiều dày thoe công thức XIII.32-{II}: S = 1,25.Dt. + C = 1,25.2.0,00528 + C = 13,2 + C ,m trong đó: C đại lượng bổ sung phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày: C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 m m chọn C1 = 1mm; C2 = 0 mm; C3 = 0,8mm Vậy chiều dày vỏ thiết bị lấy S = 15mm 3.3.2. Kiểm tra bền trục: Trục chịu tác dụng bởi trọng lực của các đĩa, ta xem như trục chịu tải trọng phân bố đều trên đoạn chiều dài mà trục gắn các cánh đĩa. * Xác định tải trọng tác dụng lên thùng: Các cánh đĩa có hình vằn khăn với đường kính trong và ngoài là: d = 110 mm; D = 860 mm ; bề dày h = 9 mm Khối lượng của một cánh đĩa: m = r.V (kg) Trong đó: - r là khối lượng riêng của vật liệu làm trục, chọn thép CT3 có khối lượng riêng r = 7580 kg/m3 - V thể tích của cánh đĩa: V = (p.D2/4 - p.d2/4).h = (3,14.8602/4 – 3,14.1102).9 = 5140000 mm3 Vậy m = 7580.0,00514 = 40 kg Có 30 cánh đĩa trên trục, vậy tải trọng tác dụng lên thùng là: P = 30.g.m = 30.9,81.40 = 11772 N Tải trọng phân bố đều tác dụng lên trục: q = P/L = 11772/6 = 1926 N/m * Mô men uốn lớn nhất tác dụng lên trục: Mu = q.L.(a + L/2) = 1926.6.( 0,5 + 6/2) = 41202 N.m *Mô men xoắn sinh ra khi trục quay: Mx = 9736. (N.m) Trong đó: - N công suất tiêu hao N = 3,72 KW - n số vòng quay của trục n = 2,4 vòng/phút Thay số vào ta có: Mx = 9736. = 97,36.15090,8 N.m * Mô men tính toán khi thùng chịu uốn và chịu xoắn: M = N.m * Mô men chống uốn: W = 0,785.d3.S (cm3 ) Trong đó: d là đường kính ngoài trục d = 22 cm S là chiều dày của trục S = 1 cm Ta có W = 0,785.d3.S = 0,785.223.1 = 8358 (cm3 ) Vậy ứng suất sinh ra : s = N/cm2 Vật liệu làm trục là thép CT3 có ứng suất cho phép là : [s] = 40.000 N/cm2 mà theo tính toán ta có : s = 420 N/cm2 < [s] = 40.000 N/cm2 Vậy trục đảm bảo bền. * Xác định độ võng của trục: Độ võng lớn nhất của trục là điểm chính giữa 0, theo Vêrêsaghin ta có: yo = Trong đó: - W = = =188748 N.m2 - Mk = (L/2+a).4/3 = (6/2 + 0,5).4/3 = 4,6 - E môđun đàn hồi E = 2,2.107 N/cm2 - J mômen quán tính J = cm4 Vậy độ võng yo = = = 1,1 cm khoảng cách giữa cánh đĩa với thân thùng : s = 3cm > y0 = 1,1cm Vậy khoảng cách đảm bảo a L/2 L/2 b q M yo 3.3.3. Chọn ổ lăn cho trục : Tải trọng hướng tâm: Fr = 11772 N Tải trọng dọc trục: Fa = 0 Mô men uốn Mu = 41202 N.m Mô men xoắn Mx = 15090,8 N.m Vậy chọn ổ đũa ngắn đỡ theo bảng P2.8-{VI}: khí hiệu ổ 2416 đường kính trong d = 200 mm đường kính ngoài D = 450 mm CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ BARÔMÉT I. Giới thiệu chung về thiết bị ngưng tụ Barômét Thiết bị ngưng tụ là 1 bộ phận rất quan trọng và cần thiết đối với hệ thống thiết bị cô đặc dưới chân không. Vỡ trong ngành cụng nghiệp hoỏ chất, cụng nghiệp thực phẩm…không yêu cầu thu nước ngưng sạch, cho nên thường dùng thiết bị ngưng tụ hỗn hợp, nó có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền hơn thiết bị ngưng tụ bề mặt. Nguyên tắc làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là cho hơi nước và nước làm lạnh phun trực tiếp vào nhau. Hơi nước vào thiết bị từ dưới lên, nước làm lạnh được phun từ trên thiết bị xuống. Nước lạnh thu nhiệt lượng do hơi nước thải ra và hơi ngưng tụ lại trộn lẫn với nhau hợp thành dòng chảy, chảy tràn qua cạnh tấm ngăn và đồng thời một phần chui qua các lỗ của tấm ngăn.Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy xuống ống baromet rồi thoát ra ngoài. Khí không ngưng được dẫn ra ngoài ống dẫn đặt ở vị trí thích hợp sang thiết bị thu hồi bọt, phần bọt thu hồi được cho quay lại ông baromet, khí không ngưng được hút ra ngoài qua ống phía trên bằng bơm chân không màng nước. Khi làm việc giữa hơi và nước cần có bề mặt tiếp xúc lớn thì hiệu quả cao. Vì thế người ta thường phun nước bằng các vòi phun hoặc cho chảy qua nhiều tấm ngăn hìng bán nguyệt nằm ngang chứa nhiều lỗ nhỏ. Khoảng cách giữa các tấm ngăn thường tăng dần từ trên xuống dưới bởi vì thể tích riêng của hơi nước vào lớn hơn. Ống baromet thường cao khoảng 11 m, để khi đọ chân không trong thiết bị tăng thì nước vẫn không dăng lên ngập tràn thiết bị. Dựa vào chiều của dòng hơi và dòng lỏng mà người ta chia thiết bị ngưng tụ thành loại ngược chiều và loại xuôi chiều. Loại ngược chiều hợp lý hơn cả, vì có thể thu được nước ngưng ở nhiệt độ cao, thể tích khí thải bé và nhiệt độ của khí thải gần với nhiệt độ ban đầu của nước vì thế mà giảm thấp công suất của bơm chân không. Tính toán thiết bị ngưng tụ barômét bao gồm: Xác định số đĩa cần thiết để ngưng tụ hơi vào và thu được nước chảy ra có nhiệt độ yêu cầu và tính toàn đó dựa vào quy luật đun nóng chất lỏng khi trộn trực tiếp nó với hơi. Hình vẽ thiết bị ngưng tụ barômét 1.cửa nước vào; 2.tấm ngăn hình bán nguyệt; 3.thân; 4.cửa hơi vào 5.ống barômét; 6.thiết bị thu hồi bọt; 7.bơm chân không II. Tính Toán Công Nghệ 2.1.Cơ sở lý thuyết để tính toán thiết bị Để tính toán ta dựa vào quy luật đun nóng chất lỏng khi trộn trực tiếp nó với hơi có nhiệt độ nhất định. Giả sử có một luồng nước chảy theo vòng tròn. Khi nước chảy qua lỗ sẽ xảy ra sự trao đổi nhiệt giữa hơi và nước lạnh. Theo phương trình cân bằng nhiệt của luồng nước: a(t” - t)dF=fwcrdt trong đó: a: Hệ số cấp nhiệt từ hơi đến nước, W/m2,0C; t”: nhiệt độ bão hoà, 0C; t : Nhiệt độ của lỏng ở tiết diện đang xét, oC’ F: bề mặt tiếp xúc của hơi và lỏng, m3; f : diện tích tiết diện của luồng hơi nước, m2; w: tốc độ chảy của chất lỏng ở tiết diện đã cho, m/s; c: nhiệt dung riêng của chất lỏng, kj/kg, 0C; r: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3; biến đổi phương trình cân bằng nhiệt ta có: tích phân lên ta có: Dạng cụ thể của phương trình này tìm được trên cơ sở hiệu chỉnh các số liệu thực nghiệm đối với luồng lỏng chảy tròn, và ta có: lg=0.29()() dtd= trong đó: b:chiều rộng của luồng nước; d: chiều dày luồng nước; w0:tốc độ chảy ban đầu của luồng nước; H-chiều cao rơi của luồng nước; Phương trình này cho phép tính toán quá trình đun nóng nước khi cho nó chảy từ đĩa này lên đĩa khác và tính toán lượng hơi ngưng tụ khi đó. 2.2. Tính toán các thông số công nghệ của thiết bị: 2.2.1.Xác định lượng nước làm lạnh áp suất tuyệt đối trong thiết bị ngưng tụ: ptđ = 0.2 at Ta tra bảng thông số về hơi nước ta được các thông số: bảng I.251-{I} i” =2607 kj/kg r = 2358 kj/kg t” =59,7 0C v” =7,977 m3/kg Nhiệt độ cuối của nước thấp hơn hơi, vậy ta chọn nhiệt độ cuối của nước là 50 0C. Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị: D.i’’ + W.c.tbd = D.tng.c + W.c.tng D : lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị, kg/s W: lượng nước làm nguội đưa vào thiết bị, kg/s i’’: nhiệt lượng riêng(hàm nhiệt) của nước, J/kg c : nhiệt dung riêng của nước, J/kg0C tbd, tng : nhiệt độ đầu và cuối của nước làm nguội Tính cho 1 kg hơi: i’’ + M.tbd.c = (1+M).tng.c M = , kg nước/1 kg hơi Vậy lượng nước để ngưng tụ 1 kg hơi: M = ==19,07 kg Vậy lượng hơi nước làm lạnh trong 1 h: W =M.D = 19,07.12000 = 228840 kg/h = 0,0635 m3/h 2.2.2. Xác định đường kính thiết bị ngưng tụ: (dt) Xác định đường kính của thiết bị ngưng tụ theo công thức {III}: dt== 0.0188=0.0188= 1,5m D : lượng hơi vào thiết bị, kg/h v’’: thể tích riêng của hơi w : vận tốc hơi trung bình trong thiết bị(vuông góc với thiết diện ngang) ta lấy w0=15 m/s chọn dt= 1.6 m = 1600 mm * Xác định các kích thước của các đĩa ngăn trong thiết bị: Ta sử dụng các đĩa ngăn hình viên phân. Ta tính được kích thước cơ bản của đĩa ngăn như sau: bề rộng của đĩa ngăn l= dt/2 + 50 = 850 mm Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ,dùng nước sạch lấy đường kính các lỗ là 2 m m, các lỗ xếp theo hình lục giác đều chiều dày của đĩa d = 4 mm; 2.2.3. Tính toán nhiệt cho thiết bị ngưng tụ: Để kiểm tra chế độ nhiệt của thiết bị ngưng tụ, ta tiến hành tính số đĩa và chiều cao của nó Ta chọn khoảng cách trung binh giữa cac tấm ngăn và tổng chiều cao hữu ích của thiết bị là dựa vào mức độ nóng nước và thời gian lưu lại trong thiết bị Tính toán cần phải xác định rằng : với số đĩa và khoảng cách đã chọn , lượng nước làm lạnh đã được tính toán ở trên phải được đun nong đến nhiệt đọ đã cho là 500C 2.2.3.1. Tính sự biến đổi nhiệt của nước khi chảy từ đĩa thứ nhất qua đĩa thứ hai: theo công thức {III} : lg=2,029 trong đó dtd = vận tốc nước chảy khỏi đĩa w0= trong đó V: lượng nước tiêu hao m3/s b: chiều rộng của đĩa , m h: chiều cao của lớp nươc trên đĩa, m Theo công thức đối với trường hợp nước chảy tràn V = 2/3h b ở đây h hệ số tiêu hao h = o,63 vậy V = 0,42b suy ra h = thay số vào công thức h = = 0,077 m vậy w0 = = 0,52 m/s Vận tốc chảy trung bình của dòng từ đĩa thứ nhất: wtb = = = 1,85 m/s Chiều dày của dòng chảy: s = = = 0,0215 m dtb = = 0,042 m Thay gía trị vào công thức lg= 2,029 suy ra lg = 0,157 Giải phương trình này đối với t2, ta tìm nhiết độ của nước khivào đĩa thứ hai t2 = 31,90C Lượng nhiệt do nước lấy đi Q = 63,5 (31,9 - 20).4,19 = 3166 kJ/s Lượng hơi nước ngưng tụ: = = 1,28 kg/s Lượng nước chảy ra khỏi đĩa hai 25,6 + 1,28 = 64,78 kg/s 2.2.3.2.Tính sự biến đổi nhiệt của nước khi chảy từ đĩa thứ hai qua đĩa thứ ba: Tương tự như trên với , ta có: h = = 0,078 m vậy w0 = = 0,52 m/s Vận tốc chảy trung bình của dòng từ đĩa ba: wtb = = = 1,85 m/s Chiều dày của dòng chảy: s = = = 0,0219 m dtb = = 0,043 m Thay gía trị vào công thức lg= 2,029 suy ra lg = 0,155 Giải phương trình này đối với t3, ta tìm nhiết độ của nước khi vào đĩa thứ ba t3 = 40,20C Lượng nhiệt do nước lấy đi Q = 64,78 (40,2 - 31,9).4,19 = 2253 kJ/s Lượng hơi nước ngưng tụ: = = 0,924 kg/s Lượng nước chảy ra khỏi đĩa hai 64,78 + 0,924 = 65,704 kg/s 2.2.3.3.Tính sự biến đổi nhiệt của nước khi chảy từ đĩa thứ ba qua đĩa thứ tư: h = = 0,079 m vậy w0 = = 0,52 m/s Vận tốc chảy trung bình của dòng từ đĩa tư: wtb = = = 1,85 m/s Chiều dày của dòng chảy: s = = = 0,022 m dtb = = 0,043 m Thay gía trị vào công thức lg= 2,029 suy ra lg = 0,155 Giải phương trình này đối với t4, ta tìm nhiết độ của nước khi vào đĩa thứ tư t4 = 46,060C Lượng nhiệt do nước lấy đi Q = 65,7 (46,06 - 40,2).4,19 = 1613 kJ/s Lượng hơi nước ngưng tụ: = = 0,668 kg/s Lượng nước chảy ra khỏi đĩa hai 65,7 + 0,668 = 66,37 kg/s 2.2.3.4.Tính sự biến đổi nhiệt của nước khi chảy từ đĩa thứ tư qua đĩa thứ năm h = = 0,079 m vậy w0 = = 0,525 m/s Vận tốc chảy trung bình của dòng từ đĩa tư: wtb = = = 1,997 m/s Chiều dày của dòng chảy: s = = = 0,021 m dtb = = 0,0415 m Thay gía trị vào công thức lg= 2,029 suy ra lg = 0,1788 Giải phương trình này đối với t5, ta tìm nhiết độ của nước khi vào đĩa thứ năm t5 = 50,60C Lượng nhiệt do nước lấy đi Q = 66,37 (50,6 - 46,06).4,19 = 1263 kJ/s Lượng hơi nước ngưng tụ: = = 0,527 kg/s Lượng nước chảy ra khỏi đĩa năm: 66,37 + 0,527 = 66.897 kg/s Nhìn vào bản ta thấy n = 5 (đĩa) thì nhiệt độ cuối của nước đã đạt yêu cầu. Vậy ta đã tìm được n =5. 2.2.4.Tính ống Barômét Đường kính ống barômét được xác định theo công thức sau {III}: dống= D= 16000 kg/h ; W= 228840 kg/h; Lấy w = 0.6 m/s. ta có : dống==0.37 m Chọn dống= 0.37 m = 400 mm *Xác định chiều cao của ống: Chiều cao cột nước ứng với áp suất tuyệt đối : p = 0,2 at H = 10,33 – 10,33.0,2 = 8,3 m Chọn chiều cao sơ bộ của ống: H = 10 m xét chuẩn số Re: Re==104077 Trong đó n là độ nhớt của nước ở t0 = 500C Hệ số ma sát l đối._.