Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

149
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết bị sấy tiếp xúc 3.1 Khái niệm Hệ thống sấy tiếp xúc là một hệ thống chuyên dùng. Vật liệu nhận trực tiếp bằng dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi trường chất nóng. Người ta chia hệ thống sấy tiếp xúc thành hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng và loại tiếp xúc bề mặt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản - Chương 3

Ch−¬ng 3 ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc 3.1 Kh¸i niÖm HÖ thèng sÊy tiÕp xóc l mét hÖ thèng chuyªn dïng. VËt liÖu nhËn trùc tiÕp b»ng dÉn nhiÖt hoÆc tõ mét bÒ mÆt nãng hoÆc tõ m«i tr−êng chÊt nãng. Ng−êi ta chia hÖ thèng sÊy tiÕp xóc th nh hai lo¹i: lo¹i tiÕp xóc trong chÊt láng v lo¹i tiÕp xóc bÒ mÆt. 3.2 Nguyªn t¾c l m viÖc v cÊu t¹o Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña thiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc l qu¸ tr×nh gia nhiÖt vËt liÖu sÊy tiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a vËt liÖu sÊy víi bÒ mÆt gia nhiÖt. ë lo¹i thiÕt bÞ n y bÒ mÆt gia nhiÖt l chÊt r¾n( v¸ch ph¼ng, v¸ch trô...). ChÊt t¶i nhiÖt (h¬i nãng hoÆc khãi lß) chuyÓn ®éng ë kia cña v¸ch. PhÝa kia cña v¸ch tiÕp xóc trùc tiÕp víi vËt liÖu sÊy. SÊy tiÕp xóc cã thÓ ë ¸p suÊt m«i tr−êng, Èm bèc ra ho v o kh«ng khÝ m«i tr−êng, cã thÓ ph¶i bè trÝ hÖ thèng th«ng giã. Lo¹i sÊy ë ¸p suÊt thÊp (ch©n kh«ng), buång sÊy cÇn kÝn ng¨n kh«ng cho kh«ng khÝ m«i tr−êng lät v o. Èm ®−îc hót ra v th¶i v o m«i tr−êng. Tr−êng hîp sÊy trong chÊt láng nãng(dÇu, chÊt láng v« c¬, h÷u c¬) chÊt láng cÊp nhiÖt. Èm tho¸t ra tõ vËt sÊy xuyªn qua chÊt láng ra ngo i. ChÊt láng cÇn cã nhiÖt ®é s«i lín h¬n n−íc ë ¸p suÊt khÝ quyÓn. Trong c«ng nghiÖp giÊy v dÖt may sö dông phæ biÕn ph−¬ng ph¸p n y. Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm: c«ng nghiÖp ®å hép, sÊy rau qu¶, d−îc phÈm. H×nh 3.1. HÖ thèng sÊy kiÓu trèng( trôc c©n) 1- Thïng sÊy 2- C¬ cÊu cÊp liÖu 3- Vá thiÕt bÞ 4-Bé phËn khuÊy 5- Bé phËn g¹t 6- VÕt t¶i 7- §éng c¬ ®iÖn 8- Bé ®iÒu t«c 9-Hép gi¶m tèc 77 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
H×nh 3.2. HÖ thèng sÊy kiÓu l« quay 1- L« sÊy 2- B¸nh xe ®Þnh h−íng 3- èng dÉn h¬i n−íc4- Van th¶i n−íc ng−ng 5- B¸nh r¨ng trô 6- B¸nh r¨ng c«n 7- B¨ng t¶i v o m¸y sÊy H×nh3.3. Nguyªn lý l m viÖc cña l« sÊy giÊy 1-Ch¨n Èm 2- Ch¨n kh« 3- B¨ng giÊy 4- Kh«ng khÝ nãng 5- M«i tr−êng gia nhiÖt ch¨n A – PhÇn gia nhiÖt ch¨n ; B- PhÇn bay h¬i v o kh«ng khÝ (20%); C- PhÇn tr¨m hÊp phô Èm(80%) HÖ thèng sÊy kiÓu trèng dïng sÊy c¸c lo¹i bét nh o. VËt liÖu b¸m v o bÒ mÆt trô ®−îc h©m nãng.VËt liÖu nhËn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt qua líp vËt liÖu d y1,2mm v th¶i Èm trùc tiÕp 78 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
v o kh«ng gian m¸y. VËt liÖu ® kh« ®−îc th¸o ra b»ng hÖ thèng dao g¹t khái bÒ mÆt trèng. C−êng ®é bay h¬i Èm A = (30 – 70)kg/m2h. Lo¹i ru l¬ sÊy t¶i, giÊy ...vv, vËt liÖu b¸m v o c¸c l« sÊy v cïng chuyÓn ®éng víi nã. VËt liÖu nhËn nhiÖt tõ lß sÊy ®−îc ®èt nãng v th¶i Èm v o m«i tr−êng. S¶n phÈm ®−îc cuèn v o tõng cuén. C¸c l« sÊy quay 40-50 vßng/ phót. Khi sÊy giÊy, ®Ó giÊy kh«ng bÞ ®øt, r¸ch ta dïng b¨ng kiÓu ch¨n len ¸p s¸t v o b¨ng giÊy v cïng chuyÓn ®éng. 3.3 Lý thuyÕt tÝnh to¸n 3.3.1.Trao ®æi nhiÖt khèi khi sÊy tiÕp xóc(dÉn nhiÖt) víi bÒ mÆt nãng. (H×nh 3.4) tr×nh b y ®−êng cong nhiÖt ®é v ®−êng cong sÊy xenlul« trªn bÒ mÆt nãng víi nhiÖt ®é t= 1300C. (H×nh 3.5) cho ta ®−êng cong nhiÖt ®é v ®−êng cong tèc ®é sÊy ë t= 1170C. dW 2 %/s dτ H m l−îng Èm Kg/Kg NhiÖt ®é vËt liÖu Thêi gian sÊy H×nh 3.4. §−êng cong nhiÖt ®é v H×nh3.5. §−êng cong tèc ®é ®−êng cong sÊy trªn mÆt nãng sÊy v ®−êng cong nhiÖt ®é I - NhiÖt ®é 0,8mm so víi mÆt nãng; II – ë kho¶ng c¸ch 0,2mm III - ë kho¶ng c¸ch 0,35mm; IV - ë kho¶ng c¸ch 0,43mm Trªn ®å thÞ cho thÊy sau pha h©m nãng( kho¶ng 0,07 – 0,1 so víi thêi gian c¶ qu¸ tr×nh). NhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng nhanh, sau kho¶ng thêi gian n¸o ®ã trë nªn kh«ng ®æi, v sau ®ã b¾t ®Çu gi¶m v ë thêi kú thø hai l¹i n©ng lªn mét lÇn n÷a. ViÖc gi¶m nhiÖt ®é l do søc c¶n nhiÖt t¨ng do sù tiÕp xóc cña líp d−íi vËt liÖu v bÒ mÆt nãng bÞ ph¸ ho¹i, v nguyªn nh©n chÝnh l chi phÝ nhiÖt xóc tiÕn víi qu¸ tr×nh t¹o nªn h¬i Èm. TiÕp xóc víi mÆt truyÒn nhiÖt gi¶m, l m gi¶m nhiÖt ®é vËt liÖu. Khi l−îng Èm ban ®Çu cña vËt liÖu cao v nhiÖt ®é bÒ mÆt tiÕp xóc cao(>1000C).Trong giai ®o¹n thø nhÊt, cã thÓ trong thêi gian ng¾n, nhiÖt ®é vËt liÖu trùc tiÕp tiÕp xóc víi mÆt nãng cã thÓ ®¹t nhiÖt ®é 1000C v xÈy ra sù bèc h¬i cña láng. §−êng cong nhiÖt ®é x¸c nhËn viÖc g©y ra gra®ien nhiÖt ®é bªn trong vËt liÖu h−íng vÒ bÒ mÆt nãng. 79 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
(H×nh 3.6) cho tr−êng nhiÖt ®é v Èm ®é trong vËt liÖu ë t= 1160C. §å thÞ cho thÊy sù ph©n bè nhiÖt ®é ë líp cã nhiÖt ®é cao h¬n tiÕp xóc víi mÆt nãng. NhiÖt ®é thÊp h¬n cña vËt liÖu ë mÆt tho¸ng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é v Èm ®é cho thÊy sù ng−ng tô n−íc bªn trong vËt liÖu BÒ mÆt tiÕp xóc nãng, u kg/kg kh«ng x¶y ra. Gradien Èm ®é v nhiÖt ®é l nguyªn nh©n chÝnh t¹o th nh h¬i trong líp tiÕp xóc v trªn mÆt tho¸ng. C−êng ®é t¹o h¬i phô thuéc v o nhiÖt ®é bÒ mÆt ®èt MÆt hë nãng t v chiÒu d y líp vËt liÖu. Theo B.B Kratnhic«p, ®é s©u vïng bèc h¬i ë giai ®o¹n sÊy thø hai tu©n theo luËt tuyÕn tÝnh ξ = bτ. Tuy nhiªn tèc ®é ë ®é s©u trong vïng II, 7÷10 lÇn(®èi víi xenlul«) v−ît qu¸ tèc ®é ë ®é s©u ®Æc tr−ng ®Çu giai ®o¹n thø hai(b2 ≈7÷10 lÇn b1). HÖ sè b1, b2 ®Æc tr−ng cho tèc ®é ®é s©u vïng bèc h¬i. H×nh3.6. Tr−êng nhiÖt ®é(®−êng chÊm) v h m l−îng Èm( ®−êng liÒn) khi sÊy tiÕp xóc vËt liÖu xèp mao qu¶n H×nh3.7. §−êng cong gi¶i tÝch, ®Æc tr−ng ®é s©u vïng bèc h¬i ξ = f(τ) khi sÊy tiÕp xóc xenlul« NhiÖt ®é ë ®é s©u vïng bèc h¬i tbh thay ®æi theo thêi gian tbh = ttx exp(-kτ) trong ®ã ttx – nhiÖt ®é vËt liÖu trong mÆt tiÕp xóc víi mÆt ®èt nãng K – th«ng sè thùc nghiÖm phô thuéc v o lo¹i vËt liÖu, t, g (khèi l−îng riªng cña vËt liÖu) Sù chuyÓn h¬i qua khi sÊy tiÕp xóc, gÇn ®óng thø nhÊt cã thÓ viÕt 80 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
uuuur = − K p ⋅∇P q uuuu m® h r ë ®©y q - mËt ®é dïng ph©n tö cña h¬i (kg/m2s) m® ∇Ph – Gradien ¸p suÊt h¬i n−íc bªn trong vËt liÖu (Pa/m hoÆc mmHg/m) Kp – HÖ sè dÞch chuyÓn ph©n tö h¬i (sù dÉn h¬i) trong vËt xèp èng mao (kg/msPa) hoÆc (kg/ms.mmHg) HÖ sè Kp kh«ng phô thuéc th«ng sè chÕ ®é l søc c¶n thuû lùc cña vËt liÖu. Gi¶m chiÒu d y vËt liÖu, Kp t¨ng ®ét ngét(h×nh 3.7) ¸p suÊt h¬i b o ho Ph chÊt láng trong èng mao l h m cña nhiÖt ®é v b¸n kÝnh èng mao r  ∂p   ∂P  ∇Ph =  h  ∇t +  h  ∇r (3.1)  ∂t  u  ∂r  t Gradien h m l−îng Èm cã d¹ng ρ ∂u ∂r (3.2) = ⋅ f s (r ) ⋅ l ρk ∂n ∂n Trong ®ã : fs(r) – H m ph©n bè èng mao theo tiÕt diÖn vËt liÖu ρl, ρk – mËt ®é chÊt láng v chÊt kh« Thay v o c«ng thøc (3.1) gi¸ trÞ cña ∇r ta cã  ∂p   ∂p  ρk (3.3) ∇Ph =  h  ∇t +  h  ⋅ ∇u  ∂t  ρl ⋅ f s ( r )  ∂t  Khi t > 1000, th nh phÇn thø nhÊt cña ph−¬ng tr×nh ®ãng vai trß chÝnh do ®ã cã thÓ bá qua sù phô thuéc vuatn ph vao r v u. Khi ®ã ®èi víi thêi kú sÊy thø nhÊt vËt liÖu máng, mËt ®é cña dßng ph©n tö sÏ l  ∂p  ρ q md = k ⋅  h ∇t (3.4)  ∂t  Khi t
qm - dßng h¬i chung tho¸t khái vËt liÖu qm®- dßng h¬i t¹o th nh trong líp tiÕp xóc hoÆc bªn trong vËt liÖu(thêi kú thø hai) trong thêi kú thø nhÊt ε = const sau ®ã b¾t ®Çu thêi kú thø hai, ε gi¶m ®ét ngét tíi gi¸ trÞ kh«ng ®æi trong vïng I cña thêi kú thø hai. Sau ®ã Wk2.ε b¾t ®Çu t¨ng mét chót. Thêi kú chuÈn ε ®−îc tÝnh nh− ®èi víi dßng nhiÖt t−¬ng øng ∂t λ qh q − qd = 1 − ∂x (3.7) ε= = ch ⋅ q m q q ë ®©y: qh - dßng nhiÖt di chuyÓn bèc h¬i q – dßng nhiÖt chung, nhËn ®−îc tõ bÒ mÆt nãng qd – dßng nhiÖt dÉn nhiÖt qua vËt liÖu ch – nhiÖt dung riªng cña h¬i ∂t λ 1 − ε = ∂x ®Æc tr−ng % dßng dÉn nhiÖt c ⋅ qm Chó ý r»ng trong qu¸ tr×nh sÊy dÉn nhiÖt(tiÕp xóc), vai trß l di chuyÓn cña Èm láng ra khái líp, gÇn mÆt tiÕp xóc víi mÆt nãng ra mÆt tho¸ng cña vËt liÖu(7,5% dßng nhiÖt chung). HÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng ®−¬ng λt® cã tÝnh tíi di chuyÓn nhiÖt cña láng, sÏ t¨ng nhiÖt khi nhiÖt ®é trong b×nh cña vËt liÖu t¨ng.(xenlul« khi u = 0,6 ÷1,8kg/kg) λt® = 1,16(0,095 ÷ 0,288.10-2t)W/m0k B¶ng 3.1 ChØ tiªu sÊy tiÕp xóc s¶n phÈm ra trªn m¸y sÊy ch©n kh«ng 1 trôc S¶n phÈm sÊy ChØ tiªu C chua nh o(®é Èm W=72,5%) ¸p suÊt trong buång sÊy(Kpa) 5,33 §é Èm vËt liÖu% - ®Çu W1 92,5 - cuèi W2 10,8 ChiÒu d y l¸t s¶n phÈm(mm) 0,1-0,2 NhiÖt ®é s¶n phÈm cuèi cïng(0C) 50-60 Thêi gian sÊy(S) 175 3.3.2. HÖ thèng sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng Bé phËn chÝnh l bÓ chøa chÊt láng v bé phËn ®èt nãng nã. VËt liÖu sÊy nhóng ngËp trong chÊt láng, nªn tÝnh to¸n nhiÖt l tÝnh tiªu hao cho mét chu kú sÊy. NhiÖt l−îng tiªu hao Q gåm: ®èt nãng Q1, sÊy Q2,giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra Q = Q1+ Q2 + Q3 NhiÖt giai ®o¹n ®èt nãng: Q1 = Qvl + Qvc + Qmt +Qbx • Nhiªn liÖu nãng vËt liÖu Qvl = Gvl.Cvl(tvl2 – tvl1) 82 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
• NhiÖt h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn Qvc = Gvc .Cvc(tvc2 – tvc1) • NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng: trong giai ®o¹n ®èt nãng Qmt = ∑KiFi∆ti i= 1...N NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng trong giai ®o¹n ®èt nãng l tæn thÊt qua th nh ®¸y v mÆt tho¸ng cña bÓ chøa. V× mÆt tho¸ng cã nhiÖt ®é cao, nªn cÇn tÝnh tíi trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Fi(i = 1....N) l diÖn tÝch mÆt trao ®æi nhiÖt thø i, hÖ sè truyÒn nhiÖt Ki v ®é chªnh lÖch ∆ti. + NhiÖt giai ®o¹n sÊy Q2 = Qbh + Qqn + Q®n • NhiÖt bèc h¬i Qbh = W.r , W = G1 – G2 W – l−îng Èm cÇn bèc h¬i trong giai ®o¹n sÊy(Kg) r - nhiÖt Èn ho¸ h¬i ë tvl2 • NhiÖt l−îng qu¸ nhiÖt Qqn = Ch (tn2 – tbh) NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy lín h¬n nhiÖt ®é b o ho tbh, h¬i n−íc bay h¬i khái vËt liÖu cßn cÇn ®èt nãng tõ tbh tíi nhiÖt ®é chÊt láng nãng tn2 . Ch – nhiÖt dung riªng h¬i qu¸ nhiÖt • NhiÖt ®èt nãng Èm NhiÖt l−îng Q®n dïng ®èt nãng Èm W’ = G1. ω1 (ω1 - ®é Èm t−¬ng ®èi ë thêi ®iÓm t1) Q®n = W’.Cn (tbh – tvl1) Cn – nhiÖt dung riªng cña n−íc trong vËt liÖu Tæng nhiÖt l−îng chi phÝ trong giai ®o¹n sÊy Q2 =W[r +Ch(tn2- tbh)] +W’.Cn(tbh – tvl1) + NhiÖt giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra Q3 τ - Thêi gian lÊy vËt liÖu ra v ®−a vËt liÖu c¸c vËt liÖu sÊy gi÷a mÎ v o. NhiÖt l−îng tÝnh l tæn thÊt ra m«i tr−êng trong thêi gian τ Q3 = Qmt . τ c©u hái «n tËp ch−¬ng iii 1. Tr×nh b y nguyªn t¾c l m viÖc cña sÊy tiÕp xóc. 2. Gi¶i thÝch qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt khi sÊy tiÕp xóc víi bÒ mÆt nãng. 3. Tr×nh b y ph−¬ng ph¸p sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng. 4. X¸c ®Þnh kÝch th−íc c¬ b¶n hÖ thèng sÊy tiÕp xóc dïng rul« víi c¸c sè liÖu cho - Khèi l−îng vËt liÖu sÊy G1 = 90kg/h, ®é Èm W1 = 75% v W2 = 10% - Rul« ®èt nãng b»ng h¬i b o ho cã ¸p suÊt 1 atm. - ChiÒu d y vËt liÖu sÊy trªn mÆt rul« δ1 = 1 mm, λ1 = 0,7 Kcal/m.h.k , Cv = 0,825 Kcal/kg0K. - Rul« b»ng gang d y δ2 = 10 mm, λ2 = 40 Kcal/m.h.0K. - Trªn bÒ mÆt vËt liÖu sÊy ta thæi kh«ng khÝ tèc ®é v = 1,5 m/s v t2 = 400C, ϕ = 40%. 83 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------