Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản - Chương 4

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

Thêm vào BST

Báo xấu

202
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết bị sấy bức xạ 4.1.Khái niệm Sấy bức xạ là phương pháp sấy dùng tia bức xạ chiếu vào đối tượng cần làm khô. Nguồn nhiệt bức xạ thường dùng đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng hay khí, tấm được đốt nóng tới nhiệt độ nhất định, để vật nóng phát ra bức xạ hồng ngoại. Tia hồng ngoại chiếu vào vật liệu sấy(gồm nước và hợp chất hữu cơ). Nước trở thành vật đen, hấp phụ đa số năng lượng; hợp chất hữu cơ trở thành vật trong suốt, tia xuyên qua không sinh nhiệt. Hiện tượng này chỉ xảy ra ở giai đoạn...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản - Chương 4

Ch−¬ng 4 ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ 4.1.Kh¸i niÖm SÊy bøc x¹ l ph−¬ng ph¸p sÊy dïng tia bøc x¹ chiÕu v o ®èi t−îng cÇn l m kh«. Nguån nhiÖt bøc x¹ th−êng dïng ®Ìn hång ngo¹i, ®iÖn trë, chÊt láng hay khÝ, tÊm ®−îc ®èt nãng tíi nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®Ó vËt nãng ph¸t ra bøc x¹ hång ngo¹i. Tia hång ngo¹i chiÕu v o vËt liÖu sÊy(gåm n−íc v hîp chÊt h÷u c¬). N−íc trë th nh vËt ®en, hÊp phô ®a sè n¨ng l−îng; hîp chÊt h÷u c¬ trë th nh vËt trong suèt, tia xuyªn qua kh«ng sinh nhiÖt. HiÖn t−îng n y chØ x¶y ra ë giai ®o¹n sãng cã b−íc nhÊt ®Þnh( b−íc sãng λ = 0,4÷40µm). −u ®iÓm næi bËt cña thiÕt bÞ sÊy bøc x¹ l c−êng ®é bay h¬i Èm lín h¬n v i lÇn so víi ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u v tiÕp xóc. Së dÜ vËy l v× nguån nhiÖt cã thÓ chän rÊt cao(500 ÷600oC), dßng nhiÖt tíi vËt sÊy cã thÓ tíi 22500 Kcal/m2h( gÊp 30 lÇn) 4.2.Nguyªn t¾c cÊu t¹o 4.2.1 ThiÕt bÞ gia nhiÖt b»ng ®iÖn: ThiÕt bÞ lo¹i n y cã thÓ dïng ®Ìn hång ngo¹i, hoÆc d©y ®iÖn trë lång trong èng gèm hoÆc tÊm ®iÖn trë l m b»ng bøc x¹ nhiÖt. a/ ThiÕt bÞ dïng ®Ìn hång ngo¹i. §Ìn hång ngo¹i ®−îc s¶n xuÊt víi c¸c c«ng suÊt kh¸c nhau: 125, 250, 500W v lín h¬n. Trªn 1m2 cã thÓ bè trÝ nhiÒu bãng. Thuû tinh l m ®Ìn hång ngo¹i ph¶i cho c¸c tia hång ngo¹i xuyªn qua dÔ d ng.Dïng ®Ìn hång ngo¹i cã −u ®iÓm l qu¸n tÝnh nhiÖt kh«ng ®¸ng kÓ, ®iÒu khiÓn dÔ d ng. Nh−îc ®iÓm l to n bé sãng hång ngo¹i ph¸t ra cã b−íc sãng kh¸ réng tõ 0,76 ÷400µm, khi dïng sÊy n«ng s¶n ®Ó t¸ch n−íc l¹i cÇn b−íc sãng thÊp tõ 0,4 ÷40µm (trïng mét phÇn víi ¸nh s¸ng tr¾ng), do ®ã tiªu hao n¨ng l−îng cao, hiÖu suÊt thiÕt bÞ thÊp. Bè trÝ ®Ìn cÇn l−u ý chã dßng nhiÖt bøc x¹ ph©n bè ®Òu trªn s¶n phÈm. Kho¶ng c¸ch n y lín h¬n 300mm. H×nh 4.1. C¸c kiÓu ®Ìn hång ngo¹i dïng ®Ó sÊy hiÖn ®−îc sö dông ë Ph¸p 84 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
B¶ng 4.1. C¸c kiÓu ®Ìn hång ngo¹i cña Ph¸p D¹ng Watt V«n KÝch th−íc(mm) §−êng kÝnh ChiÒu d i CÇu- parab«n 250 115 , 125 125 195 CÇu- parab«n 375 HoÆc 220 125 195 CÇu 250 120 225 CÇu 375 120 225 Trô 100 46 310 H×nh4.2. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ dïng thanh ®iÖn trë. 1- Thanh ®iÖn trë 2- Gi¸ treo vËt liÖu 3- C¸ch nhiÖt 4- Khung m¸y 85 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
H×nh 4.3. ThiÕt bÞ sÊy b»ng ®Ìn hång ngo¹i 250W ®Ó sÊy «xÝt kim lo¹i. b/ ThiÕt bÞ sÊy b»ng ®iÖn trë (h×nh 4.2). nguån nhiÖt l d©y ®iÖn trë ®Æt trong èng kim lo¹i, thanh ®iÖn trë hay ®iÖn trë tÊm. C«ng suÊt riªng trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt kh¸ lín. VÝ dô tÊm bøc x¹ nhiÖt ®iÖn trë do nh m¸y Uliani«p s¶n xuÊt cã nhiÖt ®é bÒ mÆt nung 460oC, c«ng suÊt riªng 20-30KW/m2. 4.2.2. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ gia nhiÖt b»ng h¬i ®èt. Ph−¬ng ph¸p n y rÎ tiÒn h¬n sö dông ®iÖn nh−ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. BÒ mÆt bøc x¹ l c¸c tÊm g¹ch chÞu löa, ®èt nãng b»ng khÝ ga. ThiÕt bÞ n y dïng ®Ó sÊy giÊy (ng−êi ta cã thÓ dïng m¸y sÊy l«). 4.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n 4.3.1 §Æc tÝnh tèi −u cña vËt liÖu khi sÊy b»ng bøc x¹ hång ngo¹i . NhiÒu t¸c gi¶ ® nghiªn cøu ®Æc tÝnh phæ cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau khi gia c«ng b»ng bøc x¹( qu¶, rau, chÌ l¸, b¸nh kÑo, giÊy, v¶i...) ® ®−a tíi nhËn xÐt r»ng: ®Æc tÝnh phæ cña tia hång ngo¹i cã b−íc sãng 0,4 ÷15µm l kho¶ng tèt nhÊt ®Ó gia c«ng vËt liÖu b»ng bøc x¹. Thùc nghiÖm cho thÊy tÝnh chÊt phæ tèi −u cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau, cã tÝnh riªng biÖt. Do ®ã ®èi víi c¸c vËt liÖu kh¸c nhau v qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau cÇn thiÕt ph¶i cã nguån víi tÝnh chÊt kh¸c nhau. VÝ dô rau, qu¶, lóa m× vïng phæ cã chiÒu d i sãng 1,2÷2,4µm. Sù phô thuéc cña ®−êng ®Æc tÝnh v o h m l−îng Èm rÊt phøc t¹p, ¶nh h−ëng cña nhiÒu yÕu tè: tÝnh chÊt chÊt kh«, d¹ng liªn kÕt cña Èm trong vËt liÖu, cÊu tróc cña vËt liÖu, tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña nã....vv 86 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
4.3.2. C¸c tÝnh to¸n c¬ b¶n. N¨ng l−îng cña tia hång ngo¹i ®i s©u v o trong vËt liÖu, lan truyÒn trong thÓ tÝch cña nã, ¶nh h−ëng tíi ®Æc ®iÓm cña tr−êng nhiÖt ®é bªn trong vËt liÖu, thùc hiÖn viÖc trao ®æi nhiÖt. Ta cã ph−¬ng tr×nh dÉn nhiÖt ®èi víi b i to¸n mét kÝch th−íc, ®−a v o th nh phÇn bæ xung n¨ng l−îng. ∂ 2T ∂T 1 Qv ( x, T ) (4.1) = a⋅ 2 + ∂τ c⋅ρ ∂x ë ®©y: Qv(x,T) l n¨ng l−îng cña tia lan to¶ trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña vËt liÖu trong mÆt ph¼ng x(W/m3), ®¹i l−îng cã d¹ng λ2 ∫ q ( x, λ , T ) d λ Qv(x,T) = (4.2) v λ1 ë ®©y qv(x,λ,T) n¨ng l−îng tia ®¬n s¾c xuyªn s©u v o vËt liÖu v lan to¶ trong ®¬n vÞ thêi gian, ®¬n vÞ thÓ tÝch víi to¹ ®é x, tÝnh cho 1 ®¬n vÞ kho¶ng chiÒu d i sãng. Gi¶ sö biÕt qui luËt lan truyÒn cã d¹ng qA(x, λ,T) = A(x, λ,T).qn(λ) (4.3) ë ®©y : qA(x, λ,T) - phÇn hÊp thô cña mËt ®é dßng bøc x¹ ®¬n s¾c. A(x, λ,T) - kh¶ n¨ng hÊp thô phæ cña vËt liÖu, l h m cña chiÒu d y líp trong mÆt ph¼ng x; T- nhiÖt ®é vËt liÖu, λ- chiÒu d i sãng. qn(λ) – mËt ®é phæ cña dßng trªn mÆt vËt liÖu, tÝnh cho 1 ®¬n vÞ chiÒu d i sãng cña 2 phæ (W/m . µm). Khi ®é lín qv (x, λ,T) b»ng ®¹o h m bËc nhÊt cña qA(x, λ,T) ∂A ( x, λ , T ) ∂q A( x ,λ ,T ) = qn ( λ ) qv(x, λ,T) = (4.4) ∂x ∂x Thay (4.4) v o (4.3) ta cã ∂A ( x, λ , T ) λ2 Qv = ∫ qn dλ ∂x λ1 Khi ®ã ph−¬ng tr×nh dÉn nhiÖt ®èi víi b i to¸n 1 kÝch th−íc, cã th nh phÇn bæ xung sÏ l ∂ 2T 1 λ 2 ∂A ( x, λ , T ) ∂T ∫ qn ( λ ) (4.5) dλ = a⋅ + ∂x 2 c ρ λ1 ∂τ ∂x §é lín A(x, λ,T) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña C.T iliac«va( khi t¸c ®éng vÒ mét phÝa) 1 −η   2 λ exp −σ , x + ψ1 exp σ , x  qx ( λ , T ) ( ) ( ) A(x, λ,T) = 1 - (4.6) = 1− λ 1 1 −ψ 2  ηλ qx = o λ  a + s +σλ ηλ = λ λ Trong ®ã: sλ 87 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
σ λ = aλ (aλ + 2 sλ ) hÖ sè hiÖu dông t×nh tr¹ng suy yÕu ψ λ = η λ exp(− σ λ ⋅ l ) Trong ®ã : aλ - hÖ sè hÊp phô Sλ - hÖ sè ph©n t¸n l - chiÒu d y cña tÊm Kλ = aλ + Sλ - hÖ sè tæng qu¸t t×nh tr¹ng suy yÕu Giíi h¹n λ phô thuéc v o h×nh d¹ng cô thÓ phæ cña tia. Theo Pha- bri(Anh) λ1 =0,5λmax; λ2 = 4,3λmax . C¸c nh khoa häc khuyªn nªn tÝnh ®èi víi giíi h¹n 0,4λmax < λ
§Ó tÝnh sù ph¶n x¹ lÆp l¹i gi÷a bøc x¹ v ph¶n x¹ cña ®èi t−îng, còng nh− tÝnh ®èi víi m«i tr−êng hÊp phô cña buång l m viÖc, ®é lín dQbx t¨ng thªm 5 – 10%. kÝ hiÖu qn(Tt,,S,ho). Avl + qp(Tt,S,ho) Avl ’ = qbx (4.11) Khi ®ã: dQbx = qbx.Fbx.dτ (4.12) N¨ng l−îng vËt liÖu hÊp thô chi phÝ ®Ó ®èt nãng v bèc h¬i Èm dQv = dQvl +dQ bh ( 4.13) N¨ng l−¬ng(nhiÖt) chi phÝ ®èt nãng vËt liÖu dQvl = GvlCvl.dtvl (4.14) Trong ®ã: Gvl – khèi l−îng vËt liÖu ®−îc chiÕu x¹(Kg/s) Cvl – nhiÖt dung riªng cña nã( tr−êng hîp chung l h m cña ®é Èm)(J/KgoK). dtvl – Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña vËt liÖu (0C) N¨ng l−îng (nhiÖt) chi phÝ ®Ó bèc h¬i Èm: dQbh = qtb.r.Fdτ (4.15) ë ®©y: qtb – mËt ®é trung b×nh dßng Èm(Kg/m s) 2 r - nhiÖt Èm ho¸ h¬i (coi b»ng h»ng sè) (J/Kg) F - diÖn tÝch ho n to n cña bÒ mÆt vËt liÖu( gi¶ thiÕt, bèc h¬i x¶y ra trªn tÊt c¶ bÒ mÆt vËt liÖu) (m2) N¨ng l−îng( nhiÖt) cña vËt liÖu nãng ®−a v o m«i tr−êng.   4 4 dQmt = α®l(tvl – tkk)F.dτ + 4,9εqd  Tvl  −  Tbt   F ⋅ dτ (4.16)      100   100     α®l – hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u(W/m2 oK) Trong ®ã: tvl – nhiÖt ®é trung b×nh bÒ mÆt vËt liÖu trong kho¶ng thêi gian dτ tkk – nhiÖt ®é kh«ng khÝ Tbt – nhiÖt ®é bÒ mÆt gi÷ bªn trong (oK) εqd - ®é ®en qui dÉn cña vËt liÖu 4,8εqd = Cqd Cqd – hÖ sè qui dÉn cña bøc x¹ C«ng thøc (4.16) cã thÓ tr×nh b y d−íi d¹ng: dQmt = α®l(tvl –tkk)Fdτ +αbx(tvl –tkk)Fdτ = (αbx + α®l)(tvl –tkk)Fdτ = αc(tvl –tkk)Fdτ (4.17) ë ®©y: -8 2 2 αc = α®l +αbx =α®l +Cqd.10 (Tvl +Tbt )(Tvl +Tbt) Theo Π.D. Lªbª®ep khuyªn nªn lÊy αc ≈18,6 ÷23,2(W/m2 oK) Khi x¸c ®Þnh c¸c th nh phÇn cña ph−¬ng tr×nh (4.8) ®ã l ph−¬ng tr×nh d¹ng khai triÓn qbxFbxdτ = GvlCvldtvl + qtb.r.Fdτ + αc(tvl – tkk)Fdτ (4.18) NÕu Gvl = Vvl.ρvl v kÝ hiÖu F F Kf = v m= Fbx Vvl Ta cã thÓ viÕt 89 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------
C vl ⋅ ρ vl ⋅ K f ⋅ dt vl + q tb ⋅ r ⋅ K f dτ + α c (t vl − t kk )K f ⋅ dτ qbxdτ = (4.19) m ta cã ph−¬ng tr×nh cuèi cïng dt vl (4.20) dτ = B + D(t vl − t kk ) Trong ®ã: (q − qtb ⋅ r ⋅ K f )m bx B= C vl ρ vl K f αc ⋅ m D= C vl ⋅ ρ vl Gi¶ thiÕt nhiÖt ®é bÒ mÆt cña vËt liÖu l tvl, quan hÖ víi nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt liÖu ttb, ta cã tvl = Kttb (4.21) ë ®©y hÖ sè K phô thuéc v o tÝnh chÊt quay v nhiÖt vËt lý cña vËt liÖu còng nh− v o thêi gian: khi ®èt nãng K ≥ 1; tr−êng hîp riªng khi sÊy ®èi l−u vËt liÖu máng trong thêi k× tèc ®é kh«ng ®æi cã thÓ nhËn K = 1. Trong ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo vïng cã thÓ nhËn Kh = const, khi ®ã ta cã: dt vl (4.22) dτ =  t kk  B + DK  t tb −   K TÝch ph©n trong giíi h¹n thay ®æi cña nhiÖt ®é vËt liÖu tõ t®Çu ®Õn tcuèi; ta x¸c ®Þnh thêi ®èt nãng khi sÊy b»ng bøc x¹ ®èi l−u τ  t B + DK  t cuoi − KK   K 1 (4.23) τ= ⋅  t KK  DK B + DK  t dau −   K Tr−êng hîp nÕu qbx >>q®l, th nh phÇn αc(tvl – tKK)Kfdτ cã thÓ bá qua, v cho phÐp (víi B= const) 1 τ = (tcuèi – t®Çu) B Tr−êng hîp chung, hîp lý tÝnh to¸n theo chuÈn Rªbin®e. Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò sÊy kh¸ phøc t¹p, nªn sö dông c«ng thøc tÝnh to¸n th«ng th−êng trªn c¬ së sè liÖu thùc nghiÖm. c©u hái «n tËp ch−¬ng iv 1. Tr×nh b y nguyªn t¾c l m viÖc cña thiÕt bÞ sÊy bøc x¹. 2. C¬ së lý thuyÕt vÒ sÊy bøc x¹ hång ngo¹i. 90 Trư ng ñ i h c Nông nghi p 1 – Giáo trình K thu t s ynông s n -------- -----------------------------------------