Đồ án Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

Chia sẻ: _Phạm Thanh _Loan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

247
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của đồ án trình bày tổng quan, tính toán hệ thống sấy khoai tây, tính toán các thông số của vật liệu, quá trình sấy lý thuyết, các kích thước cơ bản của thiết bị, quá trình sấy thực tế, tính toán chọn Calorife, tính toán khí động, chọn quạt gió phục vụ cho quy trình sấy khoai tây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án Thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ...........................................................................................................3 PHẦN I.TỔNG QUAN .............................................................................................4 1. Nghiên cứu tính chất của vật liệu sấy ………………………………………..4 2. Khái niệm chung về sấy ..................................................................................6 2.1 Định nghĩa ................................................................................................6 2.2 Phân loại ...................................................................................................4 2.3 Nguyên lý của quá trình sấy ......................................................................7 2.4 Tác nhân sấy .............................................................................................7 2.5 Thiết bị sấy ................................................................................................8 3. Giới thiệu về hệ thống buồng sấy ....................................................................9 PHẦN II. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY .......................................11 Chương I.Tính toán các thông số của vật liệu………………..…………………….12 Chương II. Tính toán quá trình sấy lý thuyết…………………...………………….13 1. Giai đoạn I …………………………………………………….……………13 2. Giai đoạn II …….…………………………………………………………..16 3. Giai đoạn III ……………………..…………………………………………19 Chương III. Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị …………………………..22 Chương IV. Tính toán quá trình sấy thực tế ………………………………………24 1. Giai đoạn I …………………………………………..……………………….24 2. Giai đoạn II ……………………….…………………………………………28 3. Giai đoạn III …………………………………………………………………32 Chương V . Tính toán chọn Calorife ………………………………………………36 1. Công suất nhiệt của Calorife………………………………..………………36 2. Tiêu hao hơi nước ở Calorife ……………………………………………….37 3. Xác định bề mặt truyền nhiệt của Calorife …………………………………37 Chương VI . Tính toán khí động , chọn quạt gió ……………………….………….42 LỜI KẾT ……………………………………………………………………….....43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………...44 2
LỜI MỞ ĐẦU Với lợi thế tài nguyên thiên nhiên lớn , Việt Nam là một trong những quốc gia phát triển nhanh nhất bắt đầu từ nông nghiệp . Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta đã đạt được những thành tựu to lớn . Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa , nước ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm của chúng . Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan trọng . Trong đó , công nghệ sấy là khâu quan trọng sau quá trình thu hoạch , chế biến bảo quản nông sản . Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong quá trình sản xuất và đời sống thực tế . Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ . Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao , tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp . Để thực hiện quá trình sấy người ta có thể sử dụng một số loại thiết bị như: sấy thùng quay, hầm sấy , sấy sàn rung ,tháp sấy , buồng sấy … có thể là thiết bị đốt nóng tác nhân hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân . Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy . Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức . Sấy nông sản là quy trình công nghệ phức tạp . Nó có thể thực hiện trên những thiết bị sấy khác nhau . Ứng với mỗi loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt năng suất cao , chất lượng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lượng . Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là khoai tây . Với nhiệm vụ đó , em lựa chọn công nghệ sấy buồng với tác nhân là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào . Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành , do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế . Em rất mong được thầy cô góp ý , chỉ bảo để em có thể bổ sung , củng cố kiến thực cho bản thân . Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của T.S Phạm Ngọc Hưng để em có thể hoàn thành tốt đồ án này . Hà Nội, tháng 3 năm 2020 Sinh viên thực hiện Phạm Thanh Loan 3
PHẦN I . TỔNG QUAN 1.Nghiên cứu tính chất vật liệu sấy Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Là loại củ mọc trên rễ, có nguồn gốc ở Nam Mỹ và được đưa đến châu Âu trong thế kỷ 16 sau đó đã được trồng rộng rãi trên thế giới. Là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô. Khoai tây ở Việt Nam chủ yếu trồng vào vụ đông, một số nơi có khí hậu lạnh, như Lâm Đồng, Lào Cai được trồng vụ thu, hoặc vụ xuân hè. Tổng diện tích trồng khoai tây hàng năm của cả nước khoảng từ 25.000 - 30.000 ha, tập trung ở các tỉnh đồng bằng và một số tỉnh miền núi phía Bắc, nhất là các tỉnh Thái Bình, Hải Dương, Nam Định và Ninh Bình. Khoai tây là một trong những loại thực phẩm nhiều chất dinh dưỡng . Có thể nói khoai tây giàu kali hơn tất cả các loại thực phẩm khác , giàu vitamin C , B6 , chúng tốt cho huyết áp , tốt cho tim mạch , giảm nguy cơ tăng huyết áp , giảm nguy cơ đột quỵ , ….. . Chúng có ít năng lượng hơn bưởi , cung cấp nhiều sắt hơn các loại rau củ khác . Khoai tây còn giàu chất xơ và khoáng chất như đồng , mangan,... 4
Tuy nhiên khoai tây là củ có thời gian thu hoạch tương đối ngắn , bảo quản tươi lại rất khó khăn , chính vì vậy sản phẩm khoai tây sấy ra đời nhằm kéo dài thời hạn sử dụng và tăng giá trị sản phẩm . Khoai tây sấy có trọng lượng nhẹ và không cần giữ lạnh . Khoai tây sấy là sản phẩm đa dinh dưỡng , thêm một giải pháp cho việc hỗ trợ lương thực cứu trợ . Khoai tây sấy gọn nhẹ , dễ vận chuyển và bảo quản . Hiện nay, quy trình chế biến khoai tây sấy gồm các công đoạn như sau : Khoai Rửa , Làm Thái Đóng Thành Ngâm Sấy tây gọt ráo sợi gói phẩm Đối với củ tươi, ngay sau khi thái, ở bề mặt thường có "nhựa" chảy ra làm cho khoai tây rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa. Để tránh hiện tượng này, sau khi thái, khoai tây được ngâm ngay trong nước sạch hoặc trong dung dịch xử lý. Khoai tây ngâm trong dung dịch natri sunfit (Na2SO3) hoặc natri bisunfit (NaHSO3) tỷ lệ 1‰ so với khối lượng củ tươi. Thời gian ngâm 30 phút. Tất cả các lát sau khi ngâm xử lý được vớt lên rổ, rá hoặc những mặt thoáng nhằm làm thoát bớt nước. Sau khi xử lý đưa khoai tây đi sấy . Để giảm bớt thời gian sấy, khoai tây nên được hong gió trước để làm se lớp bề mặt. 5
2.Khái niệm chung về sấy 2.1 Định nghĩa Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng . Qúa trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền nhiệt của vật liệu , bảo quản tốt vật liệu trong một thời gian dài , nhất là đối với các sản phẩm nông sản , lương thực ; thực phẩm , giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật liệu hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp theo . 2.2 Phân loại Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức : • Sấy tự nhiên : là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời , năng lượng gió , … để làm bay hơi nước . Phương pháp này đơn giản , không tốn năng lượng , rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp , phụ thuộc vào thời tiết , cần diện tích bề mặt lớn , không đảm bảo được các chỉ tiêu vệ sinh an toàn thực phẩm , …. Do đó phương pháp này được áp dụng cho sản xuất quy mô nhỏ lẻ , hộ gia đình . • Sấy nhân tạo : là phương pháp sấy sử dụng các nguồn năng lượng do con người tạo ra , thường được tiến hành trong các thiết bị sấy , cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm . Sấy nhân tạo có , tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia thành các dạng : • Sấy đối lưu : là phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò , …( gọi là tác nhân sấy ) • Sấy tiếp xúc : là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy qua một vách ngăn . 6
• Sấy bằng tia hồng ngoại : là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy . • Sấy bằng dòng điện cao tần : là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu . • Sấy thăng hoa : là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao , nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng . 2.3 Nguyên lí của quá trình sấy Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt . Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu . Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu . Qúa trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh . Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất . Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển từ trong vật liệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu sấy . Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy . Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ bản của quá trình sấy . 2.4 Tác nhân sấy Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.Trong quá trình sấy , môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy . Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy , quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại . 7
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy : • Gia nhiệt cho vật liệu sấy . • Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường . • Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt . Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên . Các loại tác nhân sấy : • Không khí ẩm : là loại tác nhân sấy thông dụng nhất , có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm . Dùng không khí ẩm sẽ có nhiều ưu điểm : không khí có sẵn trong tự nhiên , không độc , không làm sản phẩm sau khi sấy ô nhiễm và thay đổi mùi vị . Tuy nhiên , dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí ( caloripher khí – hơi bay khí – khói ) , nhiệt độ sấy không quá cao . Thường nhỏ hơn 500°C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ thì chi phí cao hơn . • Khói lò : khói lò dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000°C mà không cần thiết bị gia nhiệt , tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm do bụi và các chất có hại như 𝐶𝑂2 , 𝑆𝑂2 , … • Hơi quá nhiệt : tác nhân sấy này dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao . • Hỗn hợp không khí và hơi nước : tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm tương đối cao . 2.5 Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau để phù hợp với các loại vật liệu sấy riêng biệt . Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy : 8
• Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằng khói lò , ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa , sấy bằng tia hồng ngoại , sấy bằng dòng điện cao tần ,…. • Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp suất thường . • Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc , thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ ,… • Dựa vào cấu tạo thiết bị : phòng sấy , hầm sấy , sấy băng tải ,… • Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy : cùng chiều hay ngược chiều . ➢ Chọn thiết bị , tác nhân và phương pháp sấy : • Chọn thiết bị sấy : Căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại thiết bị sấy và đặc điểm của vật liệu sấy , ở đây là khoai tây với thiết bị sấy là hệ thống buồng sấy . Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức . • Chọn tác nhân sấy : Khoai tây sấy thành phẩm có thể ăn trực tiếp không qua chế biến vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch , không bị ô nhiễm , bám bụi Mặt khác sấy khoai tây không sấy ở nhiệt độ cao nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng . 3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng Hệ thống sấy đối lưu phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế là hệ thống sấy buồng . Bộ phận chính của hệ thống sấy buồng là buồng sấy . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy gián đoạn . Do đó , so với hệ thống sấy hầm năng suất hệ thống sấy buồng thường nhỏ hơn . Tuy nhiên nó đặc biệt thích hợp khi cần sấy nhiều loại vật liệu với năng suất không lớn và không cần sản xuất liên tục . Hệ thống sấy buồng gồm hai loại là hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên và hệ thống sấy buồng đối lưu cưỡng bức 9
Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu . Đây là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy . Tùy theo phương pháp sấy , loại thiết bị sấy mà buồng sấy có dạng khác nhau . Đối với thiết bị sấy buồng , bộ phận buồng sấy có thể như một cái tủ , có thể lớn như một căn phòng . Trong thiết bị sấy hầm , buồng sấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm ( tuynen ) . Trong thiết bị sấy phun , buồng sấy là một buồng hình trụ đứng hay nằm ngang . Trong thiết bị sấy khí động , buồng sấy là một ống hình trụ để đứng , có chiều cao lớn 10
PHẦN II . TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY Thông số : • Năng suất : G2 = 100 kg/mẻ • Độ ẩm ban đầu của khoai tây : ω1 = 80% • Độ ẩm sau khi sấy của khoai tây : ω2= 8% • Chất tải nhiệt là hơi nước có áp suất 5 bar • Tác nhân sấy là không khí • Thời gian sấy 𝜏 = 10ℎ ứng với các điều kiện sau : Chế độ sấy có 3 giai đoạn : Giai đoạn I : Thời gian 𝜏1 = 2h Nhiệt độ môi chất sấy vào t11 = 80℃ Vật liệu có độ ẩm vào 𝜔11 = 80% Vật liệu có độ ẩm ra 𝜔21 = 62,3% Giai đoạn II : Thời gian 𝜏2 = 3h Nhiệt độ môi chất sấy vào t12 = 70℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔12 = 62,3% Vật liệu sấy có độ ẩm ra 𝜔22 = 32,4% Giai đoạn III : Thời gian 𝜏3 = 5h Nhiệt độ môi chất sấy vào t13 = 65 ℃ Vật liệu sấy có độ ẩm vào 𝜔13 = 32,4% Vật liệu sấy có độ ẩm ra là 𝜔23 = 8% Tốc độ môi chất sấy cả ba giai đoạn là v = 2 m/s Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ , 𝜑0 = 85% 11
Chương I . Tính toán các thông số của vật liệu • Lượng ẩm bốc hơi : 𝜔1 − 𝜔2 80 − 8 W = 𝐺2 = 100 = 360𝑘𝑔 100 − 𝜔1 100 − 80 • Lượng vật liệu đưa vào : G11 = W + G2 = 360 + 100 = 460 kg • Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn sau : W1 = 216 kg W2 = 108 kg W3 = 36 kg Giai đoạn I : W1 = 216 kg , ω1 = 80 % ω1 − ω21 • Vì 𝑊1 = 𝐺11 100−ω21 W1 100 – W1 ω21 = G11 ω1 – G11 ω21 𝐺11 𝜔1 − 𝑊1 100 460. 80 − 216.100 𝜔21 = = = 62,3% 𝐺11 − 𝑊1 460 − 216 • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là : G12 = G11 – W1 = 460 – 216 = 244 kg • Các đại lượng được tính trung bình 1h của giai đoạn 1 là : 𝑊1 216 W1h = = = 108 kg/h 𝜏1 2 𝐺21 244 G21h = = = 122 kg/h 𝜏1 2 Giai đoạn II : W2 = 108 kg , G12 = 244kg • Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : 𝐺12 𝜔12 − 𝑊2 . 100 244. 62,3 − 108. 100 𝜔22 = = = 32,4% 𝐺12 − 𝑊2 244 − 108 • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là : G22 = G12 – W2 = 244 – 108 = 136 kg • Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là : 𝑊2 108 W2h = = = 36 kg/h 𝜏2 3 12
𝐺22 136 G22h = = = 45,33 kg/h 𝜏2 3 Giai đoạn III : W3 = 36 kg , G13 = G22 = 136 kg , 𝜔22 = 𝜔13 = 32,4% • Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 là : 𝐺13 𝜔13 − 𝑊3 100 136.32,4 − 36.100 𝜔23 = = = 8,064% ≈ 8% 𝐺13 − 𝑊3 136 − 36 • Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là : G23 = G2 = G13 – W3 = 136 – 36 = 100 kg • Các đại lượng tính trung bình 1h của giai đoạn 3 là : 𝐺23 100 𝑊3 36 G23h = = = 20 𝑘𝑔/ℎ , W3h= = = 7,2𝑘𝑔/ℎ 𝜏3 5 𝜏3 5 Chương II . Tính toán quá trình sấy lý thuyết 1. Giai đoạn I Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu . -Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ , 𝜑0 = 85% : + Áp suất hơi bão hòa tại 25℃ : 4026,42 4026,42 𝑝𝑠0 = exp (12 − ) = exp (12 − ) = 0,03154𝑏𝑎𝑟 235,5 + 𝑡0 235,5 + 25 + Lượng chứa ẩm : 𝜑0 𝑝𝑠0 0,85. 0,03154 𝑑0 = 662 = 662 = 18,4𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑝 − 𝜑0 𝑝𝑠0 0,99333 − 0,85.0,03154 + Entanpi là : I0 = t0 + d0( r + Cpht0 ) = 25 + 0,0184( 2500 + 1,9.25 ) = 72 kJ/kgkkk + Khối lượng riêng của không khí : 𝑝 − 𝜑0 𝑝𝑠0 99333 − 0,85. 0,03154. 105 𝜌𝑘0 = = = 1,13 𝑘𝑔/𝑚3 287(273 + 𝑡0 ) 287(273 + 25) -Trạng thái không khí vào buồng sấy : 13
+ Ta có : t11 = 80℃ , ps1 = 0,47 bar d11 = d0 = 0,0184 kg/kgkkk + Entanpi là : 𝐼11 = 𝑡1 + 𝑑1 ( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡1 ) = 80 + 0,0184. (2500 + 1,9.80) = 128,8𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Độ ẩm tương đối : 𝑑1 𝑝 18,4.0,99333 𝜑11 = = = 0,0607 = 6,07% ( 622 + 𝑑1 )𝑝𝑠1 (622 + 18,4)0,47 + Khối lượng riêng của không khí trong giai đoạn I : 𝑝 − 𝜑1 𝑝𝑠1 99333 − 0,0607.0,47 𝜌𝑘11 = = = 0,9805 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 ( 273 + 𝑡1 ) 287(273 + 80) -Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy không đổi , nhiệt độ vật liệu không đổi. Nhiệt độ và độ ẩm không khí vào trong buồng là t11 = 80℃ , 𝜑11 = 6,07% . Chọn nhiệt độ khi ra khỏi buồng sấy là t21 = 40℃ , 𝑝𝑠2 = 0,0732 bar. + Lượng chứa ẩm : 𝐼21 − 𝐶𝑝𝑘 𝑡21 128,8 − 40 𝑑21 = = = 0,03447 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡21 2500 + 1,9.40 + Độ ẩm tương đối : 𝑑21 𝑝 34,47.0,99333 𝜑21 = = = 0,712 = 71,2% ( 622 + 𝑑21 )𝑝𝑠2 (622 + 34,47)0,0732 + Khối lượng riêng của không khí : 𝑝 − 𝜑21 𝑝𝑠2 99333 − 0,712.0,0732. 105 𝜌𝑘21 = = = 1,0478𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 (273 + 𝑡21 ) 287(273 + 40) -Tiêu hao không khí lý thuyết : 1000 1000 𝑙01 = = = 62,5 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑑21 −𝑑11 34,4−18,4 14
𝐿01 = l01. W1 = 62,5 . 216 = 13500 kg = 6750 kg/h 𝐿01 6750 𝑉1 = = = 6884,24 𝑚3 /ℎ 𝜌𝑘1 0,9805 𝐿01 6750 𝑉𝑡𝑏1 = = = 6655,8 𝑚3 /ℎ (𝜌 0,5 . 𝑘1 + 𝜌𝑘2 ) 0,5(0,9805 + 1,0478) -Tiêu hao nhiệt lý thuyết : q01 = l01(I1 – I0 ) = 62,5(128,8 – 72)= 3550 kJ/kgẩm Q01 = q0W1 = 3550 . 216 = 766800 kJ Q01h = 383400 kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I : + Nhiệt đưa vào : Qv = Q5 + Q0 = Q01 + Q0 ( Q0 là nhiệt do không khí đưa vào ) Q0 = G0L0 = L01I0 = 6750 . 72 = 486000 kJ/h = 972000 kJ Vậy Qv = 766800+972000 = 1738800 kJ + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR = Q1 + Q’2 + Q1 là nhiệt hữu ích : Q1 = W1[( r + Cpkt2) - Cntm1] = 216[(2500 + 1,9.40) – 4,18.23] = 535650 kJ = 267825 kJ/h = 74,4 kW + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra : Q’2 = L01I’2 = L01[ t2 + d0( r + Cpht2 ) ]= 6750[ 40 +0.0184(2500 + 1,9.40)] = 589939 kJ/h = 1179878 kJ QR = 1715528 kJ ∆𝑄 = 23272 𝑘𝐽 15
∆𝑄 23272 ∆𝑄% = . 100% = .100% = 1,34 % 𝑄𝑣 1738800 -Hiệu suất nhiệt của buồng sấy : 𝑄1 535650 ɳs = = = 0,551 = 55,1 % 𝑄0 972000 2. Giai đoạn II Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào nhỏ hơn , năng suất bốc hơi ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát ra lớn hơn , vì vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt . Trong giai đoạn II nhiệt độ môi chất vào buồng sấy là t12 = 70℃ , tương ứng có ps2= 0,3073 bar. Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất vào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn I . Chọn độ ẩm tương đối của môi chất vào 𝜑12 = 20% . Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió , ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng không khí ở cả ba giai đoạn như nhau , tức là L1 = L2 = L3 hay W1l1 = W2l2 = W3l3 . Từ đó ta có : 𝑊1 216 𝑙2 = 𝑙1 = 62,5. = 125 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑊2 108 𝑊1 216 𝑙3 = 𝑙1 = 62,5. = 375 𝑘𝑔/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑊3 36 -Trạng thái không khí vào buồng sấy : + Lượng chứa ẩm : 𝜑12 𝑝𝑠1 0,2. 0,3073 𝑑12 = 622 = 622 = 41 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑝 − 𝜑12 𝑝𝑠1 0,99333 − 0,2.0,3073 + Entanpi : 𝐼12 = 𝑡12 + 𝑑12 ( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡12 ) = 70 + 0,041( 2500 + 1,9.70 ) = 178 kJ/kgkkk + Khối lượng riêng của không khí vào giai đoạn II là : 𝑝 − 𝜑12 𝑝𝑠1 99333 − 0,2.0,3073. 105 𝜌𝑘12 = = = 0,947 𝑘𝑔/𝑚3 𝜌𝑘 ( 𝑡12 + 273) 287. ( 70 + 273 ) 16
-Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy : 1000 1000 𝑑22 = 𝑑12 + ∆𝑑 = 𝑑12 + = 41 + = 49 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑙2 125 𝐼2 − 𝑑22 2500 178 − 0,049.2500 𝑡22 = = = 50,77℃ 1 + 1,9. 𝑑22 1 + 1,9.0,049 𝑝𝑠2 = 0,127 𝑏𝑎𝑟 𝑑22 𝑝 49.0,99333 𝜑22 = = = 0,5712 = 57,12% ( 622 + 𝑑22 )𝑝𝑠2 ( 622 + 49). 0,127 𝑝 − 𝜑22 𝑝𝑠2 99333 − 0,5712.0,127. 105 𝜌𝑘2 = = = 0,991 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 ( 273 + 𝑡22 ) 287. (273 + 50,77) -Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp : + Hệ số hồi lưu : dH2 = d12 = 41 g/kgkkk 𝐺𝑏 𝐿2 𝑑𝐻2 − 𝑑0 41 − 18,4 𝑛= = = = = 2,825 𝐺0 𝐺0 𝑑22 − 𝑑𝐻2 49 − 41 + Nhiệt độ khí sau hỗn hợp : 𝑛𝑡2 + 𝑡0 2,825.50,77 + 25 𝑡𝐻2 = = = 44,03 ℃ 𝑛+1 2,825 + 1 𝑝𝑠𝐻2 = 0,09 𝑏𝑎𝑟 𝐼𝐻2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑𝐻2 ( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻2 ) = 44,03 + 0,041(2500 + 1,9.44,03) = 150𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑑𝐻2 𝑝 41.0,99333 𝜑𝐻2 = = = 0,683 = 68,3% ( 622 + 𝑑𝐻2 )𝑝𝑠𝐻2 ( 622 + 41)0,09 𝑝 − 𝜑𝐻2 𝑝𝑠𝐻2 99333 − 0,683.0,09 𝜌𝑘𝐻2 = = = 1,105 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅( 273 + 𝑡𝐻2 ) 287( 273 + 40,03 ) + Tiêu hao không khí lý thuyết : l2 = 125 kJ/kgẩm 17
L2 = l2.W2 = 125 . 108 = 13500 kg = 4500kg/h 𝐿2 4500 𝑉2𝑡𝑏 = = = 4644 𝑚3 /ℎ 1 1 (𝜌𝑘1 + 𝜌𝑘2 ) ( 0,947 + 0,991) 2 2 + Lưu lượng khí mới bổ sung : 𝐿2 4500 𝐺0 = = = 1593𝑘𝑔/ℎ 𝑛 2,825 + Tiêu hao nhiệt : 𝑞02 = 𝑙2 ( 𝐼12 − 𝐼𝐻2 ) = 125(178 − 150) = 3500 𝑘𝐽/𝑘𝑔ẩ𝑚 𝑄02 = 𝑞02 𝑊2 = 3500 .108 = 378000 𝑘𝐽 𝑄02ℎ = 126000 𝑘𝐽/ℎ -Cân bằng nhiệt của hệ thống : 𝑄𝑣 = 𝑄02 + 𝑄0 Trong đó : Q02 là nhiệt đưa vào buồng sấy . Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào 𝑄0ℎ = 𝐺0 𝐼0 = 1593.72 = 114696 𝑘𝐽/ℎ 𝑄0 = 𝑄0ℎ 𝜏2 = 114696 . 3 = 344088 𝑘𝐽 Vậy : 𝑄𝑣 = 378000 + 344088 = 722088 𝑘𝐽 + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : 𝑄𝑅 = 𝑄1 + 𝑄′2 + Q1 là nhiệt hữu ích : 𝑄1 = 𝑊2 [(𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡ℎ2 ) − 𝐶𝑛 𝑡𝑚12 ] = 108[(2500 + 1,9.44,03 ) − 4,18.32] = 264589 𝑘𝐽 + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra : 18
𝐼′2 = 𝑡𝐻2 + 𝑑0 ( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻2 ) = 44,03 + 0,0184(2500 + 1,9.44,03) = 91,57 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑄′2ℎ = 𝐼′2 𝐺0 = 91,57.1593 = 145871 𝑘𝐽/ℎ Q’2= 437613 kJ + Vậy : QR = 264589+ 437613 = 702202 kJ ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 19886 𝑘𝐽 ∆𝑄 19886 ∆𝑄% = . 100% = .100% = 2,75% 𝑄𝑣 722088 3. Giai đoạn III Xác định các thông số vào buồng sấy Ta có : t13 = 65℃ ; 𝜑13 = 15% ( chọn ) Ps1 = 0,247 bar + Ta xác định được các thông số còn lại : 𝜑13 𝑝𝑠1 0,15.0,247 𝑑13 = 622. = 622 = 24,1 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑝 − 𝜑13 𝑝𝑠1 0,99333 − 0,15.0,247 𝐼13 = 𝑡13 + 𝑑13 ( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡13 ) = 65 + 0,0241( 2500 + 1,9.65) = 128,23 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑝 − 𝜑13 𝑝𝑠1 99333 − 0,15.0,247. 105 𝜌𝑘13 = = = 0,986 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 ( 273 + 𝑡13 ) 287(273 + 65) -Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy : 1000 1000 𝑑23 = 𝑑13 + ∆𝑑 = 𝑑13 + = 24,1 + = 26,8 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 𝑙3 375 𝐼23 − 𝑑23 2500 128,23 − 0,0268.2500 𝑡23 = = = 58,26℃ 1 + 𝐶𝑝ℎ 𝑑23 1 + 1,9.0,0268 𝑝𝑠3 = 0,182 𝑏𝑎𝑟 19
𝑑23 𝑝 26,8.0,99333 𝜑23 = = = 0,225 = 22,5% (622 + 𝑑23 )𝑝𝑠3 (622 + 26,8). 0,182 𝑝 − 𝜑23 𝑝𝑠3 99333 − 0,225.0,182. 105 𝜌𝑘23 = = = 1,002 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 (273 + 𝑡23 ) 287(273 + 58,26) -Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp : + Hệ số hồi lưu : 𝐺𝑏 𝐿3 𝑑𝐻3 − 𝑑0 24,1 − 18,4 𝑛= = = = = 2,11 ( 𝑑𝐻3 = 𝑑13 ) 𝐺0 𝐺0 𝑑23 − 𝑑𝐻3 26,8 − 24,1 + Nhiệt độ khí sau hỗn hợp : 𝑛𝑡23 + 𝑡0 2,11.58,26 + 25 𝑡𝐻3 = = = 47,56℃ 𝑛+1 2,11 + 1 + Entanpi của khí sau hỗn hợp : 𝐼𝐻3 = 𝑡𝐻3 + 𝑑𝐻3 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ . 𝑡𝐻3 ) = 47,56 + 0,0241(2500 + 1,9.47,56) = 110 𝑘𝐽/𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 + Độ ẩm tương đối sau hỗn hợp : 𝑑𝐻3 𝑝 24,1.0,99333 𝜑𝐻3 = = = 0,343 = 34,3% (622 + 𝑑𝐻3 )𝑝𝑠𝐻3 (622 + 24,1). 0,108 + Khối lượng riêng : 𝑝 − 𝜑𝐻3 𝑝𝑠𝐻3 99333 − 0,343.0,108. 105 𝜌𝑘𝐻3 = = = 1,04 𝑘𝑔/𝑚3 𝑅𝑘 (273 + 𝑡𝐻3 ) 287(273 + 47,56) -Xác định tiêu hao không khí : l03 = 375 kg/kgẩm L03 = l03.W3 = 375.36 = 13500 kg = 2700 kg/h 𝐿03 2700 𝑉03 = = = 2738,3 𝑚3 /ℎ 𝜌𝑘13 0,986 𝐿3 2700 𝑉3𝑡𝑏 = = = 2716,3 𝑚3 /ℎ 1 0,5(0,986 + 1,002) (𝜌 + 𝜌𝑘32 ) 2 𝑘31 20
-Tiêu hao nhiệt lý thuyết : q03 = l03(I13 – IH3) = 375(128,23 – 110) = 6836,25 kJ/kgẩm Q03 = q03.W3 = 6836,25.36 = 246105 kJ = 49221 kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của hệ thống : + Nhiệt đưa vào : QV = Q03 + Q0 ( ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào ) 𝐿3 2700 𝑄0ℎ = 𝐺0 . 𝐿0 = 𝐼0 = .72 = 92132,7 𝑘𝐽/ℎ 𝑛 2,11 Q0 = 460663,5 kJ Vậy Qv = 246105 + 460663,5 = 706768,5 kJ + Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống : QR = Q1 + Q’2 + Q1 là nhiệt hữu ích 𝑄1 = 𝑊3 [( 𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻3 ) − 𝐶𝑛 𝑡𝑚13 ] = 36[(2500 + 1,9.47,56) − 4,18.37,4] = 87635,2 𝑘𝐽 + Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát : 𝑄′2ℎ = 𝐺0 𝐼′2 = 𝐺0 [𝑡𝐻3 + 𝑑0 (𝑟 + 𝐶𝑝ℎ 𝑡𝐻3 )] 2700 = [47,56 + 0,0184(2500 + 1,9.47,56)] = 121849 𝑘𝐼/ℎ 2,11 𝑄′ 2 = 𝑄′ 2ℎ 𝜏3 = 609245 𝑘𝐽 QR = 87635,2 + 609245 = 696880,2 kJ ∆𝑄 = 𝑄𝑣 − 𝑄𝑅 = 9888,3 𝑘𝐽 ∆𝑄 9888,3 ∆𝑄% = . 100% = . 100% = 1,4% 𝑄𝑣 706768,5 21