Đề tài Thiết kế tủ sấy cà rốt với năng suất 100 kg/mẻ, mỗi mẻ 5h, độ ẩm ban đầu 89% và độ ẩm ra 5%

lời nói đầu Kỹ thuật sấy khô đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và đời sống. Trong quá trình sản xuất thực phẩm, không những chỉ có nuôi trồng và chế biến, mà còn có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày. Công nghệ sấy ngày càng phát triển, nhất là trong các ngành hải sản, rau quả và các loại sản phẩm, thực phẩm cần được bảo quản dài ngày. Các sản phẩm dạng củ như: cà rốt, hành, khoai tây. Sau khi thu hoạch cần được sấy khô kịp thời đến độ ẩm an toàn để bảo quản tạm thời hoặc lâu dài. Cà rốt sau khi thu hái được thành sợi, độ ẩm lúc này còn cao nên phải sấy trước khi đem đi tàng trữ hoặc tiêu thụ. Cũng như các nông sản khác, sợi cà rốt là một trong những nông sản thực phẩm có mặt trong nhu cầu ăn uống của chúng ta. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học đã tạo ra nhiều giống cà rốt mới đạt chất lượng cao. Xong việc trồng và thu hoặc là thế. Còn dau khi thu hoạch khâu bảo quản cũng quan trọng không kém. Trong khâu bảo quản thì sấy khô là khâu quan trọng nhất vì nó không những ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi ra thị trường. Do cà rốt sau khi thu hoạch chỉ để được một thời gian nhất định và dễ bị thối. Vì thế để bảo quản được lâu hơn chúng ta cần nghiên cứu các kỹ thuật và mô hình sấy hợp lý. Trong khuôn khổ đề tài: Thiết kế tủ sấy cà rốt với năng suất 100 kg/mẻ, mỗi mẻ 5h, độ ẩm ban đầu 89% và độ ẩm ra 5%. Em đã trình bày cách lựa chọn phương án tối ưu, tính toán và lắp đặt các thiết bị trong hệ thống sấy. Đồ án gồm được chia làm 4 phần trong đó có hai bản A0 và sử dụng 3 tài liệu tham khảo. Bốn phần đồ án là: Phần 1: Tổng quan và lựa chọn phương án sấy Phần 2: Tính toán công nghệ sấy Phần 3: Tính cơ khí Phần 4: Kết luận Tuy em đã cố gắng nhiều nhưng do chưa có kinh nghiệm thực tế trong việc thiết kế hệ thống sấy nên quá trình tính toán, thiết kế không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được sự thông cảm và chỉ dẫn góp ý thêm của các thầy và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. lời cảm ơn Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hoàng đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Em cũng xin cảm ơn các thầy trong bộ môn Máy và Tự Động Hoá CNSH - CNTP đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt kỳ học vừa qua cũng như thời gian làm đồ án tốt nghiệp để em hoàn thành được đề tài này. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2006 Sinh viên: Nguyễn Quang Hiệp phần I: tổng quan và lựa chọn phương án sấy I. Tổng quan về cà rốt: - Chất lượng của cà rốt: có vitamin B1, B2, C. Chất khoáng: Na, K, Ca, Fe, Mg, Đường. Lipit. Đạm. - Mùa vụ: Thường thu hoạch vào mùa thu - Thực tế sản xuất cà rốt hiện nay là rất phát triển, nhu cầu thị trường rất cần để sản xuất bột dinh dưỡng cho trẻ em và các sản phẩm ăn liền như mì ăn liền, cháo gói: dùng cho việc cung cấp thêm các vitamin, chất khoáng cần thiết cho cơ thể làm tăng sức khoẻ cho con người. - Xuất phát từ nhu cầu trên nên em chọn đề tài: Thiết kế tủ sấy cà rốt, để bảo quản chất lượng cà rốt được tốt hơn đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà nông. II. Lựa chọn phương án sấy: Để làm khô các loại vật liệu có nhiều cách khác nhau. Từ trước đến nay chúng ta đã biết tận dụng một phương pháp rất đơn giản mà chi phí lại không tốn kém. Đó là hình thức tận dụng ánh nắng mặt trời để làm khô. Tuy nhiên, phương pháp này phải phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, trong khi thời gian phơi lại kéo dài. Do phơi ngoài nắng sợi cà rốt rất dễ bị lẫn tạp chất, độ ẩm không được đồng đều vì thế phương pháp này chỉ dùng cho những hộ cá thể. Để làm khô sợi cà rốt nói riêng và những loại vật liệu ( nông sản ) nói chung người ta thường dùng các loại thiết bị sấy sau: - Sấy thùng quay. - Sấy thấp. - Sấy tầng sôi. - Sấy khí động. - Sấy phun - Sấy tiếp xúc - Sấy chân không và thăng hoa. - Sấy buồng - Sấy hầm - Sấy tủ * Giới thiệu chung về phương pháp sấy: 1. Phương pháp sấy thùng quay: Vật liệu được đổ một thùng quay tròn đặt nghiêng một góc nhỏ hơn 1800. Trong thùng có các cánh đảo trộn đơn hoặc kép làm tung các lớp vật liệu lên để tiếp xúc với các tác nhân sấy. Phương pháp này đảo trộn rất tốt nên thường dùng để sấy các vật liệu có độ ẩm cao. Thùng sấy có thể sấy rất nhanh nhưng dễ gây ra vỡ vật liệu khi sấy. Nếu muốn sấy chậm với công suất lớn thì kích thước chung phải rất lớn do đó khó chế tạo. Hơn nữa nếu thùng không kín mà lại dùng quạt hút thì không khí lạnh bên ngoài sẽ hút vả lại đường kính của thùng không thể quá lớn. 2. Phương pháp sấy tầng sôi: Là phương pháp hạt ở trạng thái lơ lửng trong dòng tác nhân sấy. Tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp, toàn diện với tất cả các bề mặt của vật liệu sấy. Tốc độ tác nhân sấy cao nên hệ số truyền nhiệt và truyền ẩm tốt. Phương pháp này rất nhanh và cũng được sấy những vật liệu có độ ẩm cao tuy nhiên lại tốn năng lượng để tạo tốc độ cao cho tác nhân sấy. Khí thải thoát ra có nhiệt độ cao nên chi phí năng lượng riêng cho một kilôgam sấy sản phẩm cao. 3. Phương pháp lưu động: Là phương pháp dùng tốc độ lớn của dòng khí cuốn hạt, tốc độ sấy cao sấy được vật liệu có độ ẩm cao. Tuy nhiên khi dùng để sấy cà rốt thì không thích hợp vì nó tạo ra dòng khí đủ lớn để cuốn vật liệu đi. 4. Phương pháp sấy buồng: Buồng sấy có hình dạng chữ nhật, khối lập phương đứng hay nằm, trụ đứng hay nằm. Vật liệu sấy được rải nhiều thành lớp trên các tầng khay đặt gác trên khung giá trong buồng sấy. Buồng sấy được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến nông, lâm, thuỷ hải sản và chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi. Nó có thể sấy vật liệu bất cứ dạng nào ( đơn chiếc, hạt mảnh nhỏ xếp lớn, dễ vận hành vốn đầu tư ít…) Buồng sấy có kích thước nhỏ gọi là tủ sấy. Tủ sấy thường để sử dụng sấy những loại vật liệu có độ ẩm thấp, nhẹ với năng suất sản xuất không lớn. 5. Phương pháp sấy hầm: Sấy hầm có cấu tạo khác buồng sấy là chiều dài có kích thước lớn gấp nhiều lần kích thước chiều rộng và chiều cao. Hầm sấy thường dùng để sấy các vật liệu kém chịu nhiệt và khó khô. Vật liệu sấy thường ở dạng rời xếp lớp như các loại hạt, củ, quả, rau, chè hoặc các loại củ thái lát, cắt lát… Các khay được xếp trên xe goòng, xe treo hoặc băng tải. Vật sấy cùng phương tiện vận chuyển đi vào hầm sấy và đi ra cuối hầm. Để kéo các xe goòng, xe treo, băng tải dùng xích tải. Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều hoặc cùng chiều với vật liệu sấy. Để tác nhân sấy không tràn ra ngoài hoặc không khí ở ngoài không bị hút vào hầm thì ở đầu và cuối hầm sấy có khoang xếp nạp và lắp từng xe một. Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân và bộ phận gia nhiệt được lắp bên ngoài hoặc ngay trên nóc hầm sấy, calorife có thể lắp trong hầm sấy. Căn cứ vào phương tiện vận chuyển mà hầm sấy phân ra làm ba loại: hầm sấy goòng, hầm sấy có xe treo và hầm sấy băng tải. a. Hầm sấy có xe treo: Loại hầm sấy này có xe treo cũng được dùng sấy các vật liệu rời ( các loại mảnh cắt nhỏ ). Cấu tạo của loại hầm sấy này có kết cấu ngắn rộng, cao bên trong chia thành nhiều khoang phù hợp với hệ thống xích vận chuyển các xe và chuyển động tác nhân sấy. Mỗi xe treo có một hay nhiều khay. Các xe được treo trên dây xích có bánh lăn trên ray treo. b. Máy sấy băng tải: Nguyên tắc cấu tạo của máy sấy băng tải gồm có hầm sấy hoặc buồng sấy, băng tải chuyển động trong buồng hoặc hầm. Vật liệu sấy được rải trên băng tải nhờ cơ cấu nạp điện. Sản phẩm được lấy ra ở cuối băng tải. Tác nhân sấy khí nóng hoặc khói lò chuyển động cắt ngang qua chiều rộng của băng tải. c. Hầm sấy có goòng: Cấu tạo hầm sấy: chiều dài của hầm sấy bằng tổng chiều dài của xe goòng cộng lại, cộng với chiều dài nơi cửa nắp hút, đẩy tác nhân sấy, cộng với chiều dài khoang xếp ( nếu có ) để lấy xe ra. Trong các thiết bị trên thì sấy tủ là thích hợp với sợi cà rốt hơn cả. * Ưu điểm: - Thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ ( theo mẻ ), không sản xuất liên tục. - Kết cấu không phức tạp. - Vận chuyển thủ công ( bằng tay ). - Thích hợp với những vật liệu có độ ẩm cao. * Nhược điểm: - Năng suất nhỏ - Không thích hợp với những vật liệu dạng hạt. III. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động bản vẽ tổng thể tủ sấy 1. Chân tủ 2. Vỏ tủ 3. Lá hứng gió 4. Lớp bảo ôn 5. Khay 6. Thanh đỡ khay 7. ống thoát khí 8. Bản lề 9. Khoá 10. Cửa tủ 11. Bích Vuông 12. Động cơ 13. Quạt 14. Calorife 15. Vải * Nguyên tắc hoạt động: - Khi hoạt động, lúc tác nhân được quạt đưa vào calorifer khi đó tác nhân sẽ được làm nóng dần ( nhờ những dây may so có trong calorifer ). Nhiệt độ tăng, tốc độ truyền nhiệt cũng tăng theo. Dòng tác nhân đi theo cút cong rồi đến cút thẳng sau đó xuống tủ để sấy. Lúc này tốc độ của dòng tác nhân khá lớn, do đó khi được đưa vào đến tủ, dòng tác nhân sẽ đi thẳng xuống và phân phối đều trên các khay sấy. Bên trong tủ thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, lượng sợi cà rốt ướt sẽ mất nước dần do tác nhân sấy mang đi. Khí thải sẽ được thải đi. Quá trình cứ lặp lại như thế cho đến khi hết mẻ sấy. phần II: Tính các quá trình nhiệt cho tủ sấy cà rốt Năng suất : 2.315 kg/h Thời gian : 5h/mẻ Độ ẩm của sợi cà rốt trước khi sấy: W1 = 89% Độ ẩm của sợi cà rốt sau khi sấy: W2 = 5% I. Tính lượng ẩm bay hơi: Sau khi sấy khối lượng của sợi cà rốt sẽ giảm đi. Nếu xem khối lượng chất khô tuyệt đối trong sợi cà rốt là không đổi thì phần khối lượng giảm đi của sợi cà rốt đúng bằng lượng nước bay hơi ( Theo tài liệu số 1 ). = m1 - m2 Theo tài liệu 1, ta có: m2 = m1 Trong đó: m1, m2 là khối lượng của sợi cà rốt trước và sau khi sấy. w1, w2 là độ ẩm của sợi cà rốt trước và sau khi sấy. m2 = 100 Năng suất sấy trong 1h là: 2,315kg/h = 2,315 ( kg/h ) - Lượng ẩm cần bốc hơi trong mẻ sấy là: = 100 - 11,579 = 88,421 kg - Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h là: w = ( kg/h ) II. Xác định các thông số không khí ngoài trời: - ở điều kiện khí hậu Việt Nam ta lấy thông số không khí ngoài trời là: t0 = 250C và = 85% - Ta xác định I0, d0 theo công thức giải tích ( theo tài liệu 2 ) ta có: Pb = exp (12 - - Lượng chứa ẩm d0 bằng: d0 = 0,621 Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cx(d0) Cx(d0) = 1,004 + 1,82.d0 = 1,004 + 1,82. 0,0172 = 1,035338 (kj/kgk) - Entapi ( I0): Io = 1,004to + do ( 2500 + 1,842to ) => Io = 1,004.25 + 0,0172 ( 2500 + 1,842.25 ) = 68,89 ( kj/kgkk) III. Xác định Entapi của tác nhân sấy trước quá trình sấy: - Theo tài liệu 2 xác định I1 theo công thức: với d1 = do = 0,0172 (kg ẩm /kgkk) t1 = 900C I1= 1,004t1+ d0(2500 + 1,8420.90) = 136,21( kj/kgkk) - Chọn nhiệt độ của tác nhân sấy sau quá trình sấy là t2 Theo kinh nghiệm chúng ta có thể chọn t2 = 400C. IV. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết: - Khi chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy là t2= 400C thì trạng thái sau quá trình sấy lý thuyết C0 hoàn toàn xác định bởi cặp thông số ( t2, I2 ) Trong đó t2 = 400C I2 =I1 = 136,21 (( kj/kgkk) - Khi điểm C0 đã được xác định trên đồ thị Id thì lượng chứa ẩm d2 và f2 Theo tài liệu ta có: d2 = d0 + => d2 = 0,0172 + Theo kinh nghiệm thì nhiệt độ tác nhân sau quá trình sấy được chọn sao cho đủ bé để giảm tổn thất do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng đủ xa trạng thái bão hoà để tránh hiện tượng đọng sương. Vì vậy, chúng ta cần phải tính f2 để kiểm tra lại tính hợp lý khi chọn t2 = 400C Sợi cà rốt là một loại vật liệu chứa ẩm rất lớn nên sấy tủ trong thời gian ngắn, vì thế yêu cầu sự bốc hơi nhanh của hơi nước mới đảm bảo được tốc độ sấy. Vì vậy f2 nằm trong khoảng 70% - 80% là hợp lý. Độ ẩm tương đối f2 có thể được xác định ( theo tài liệu 2) như sau: f2 = Trước hết cần tính áp suất hơi bão hoà Pb2 ( theo tài liệu 2 ) Ta có: Pb2 = exp ( 12 - ) => Pb2 = exp ( 12 - = 0,073171 (bar) Thay d20 và Pb2 vào biểu thức trên ta có: => F20 = 0,769 hay 77% Như vậy chọn t2 = 400C -> F = 77% là hợp lý. V. Lượng không khí khô lý thuyết: Theo ( 7.41 - Tài liệu 2 ) lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm tương ứng bằng: L0 = I0.w = 49,75. 13,954 = 694,24 (kgkk/h) l0: lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm L0: lượng không khí cần bốc hơi trong 1 giờ VI. Xác định các kích thước cơ bản của buồng sấy: - Chọn khối lượng nguyên liệu trong một khay là 2,5 kg sợi cà rốt tươi nên ta chọn được kích thước của từng khay là 730mm, 530mm, 30mm. - Vậy khi sấy 100kg sợi cà rốt tươi thì tổng số khay là 40 khay. - Suy ra số ngăn là 4 ngăn. - Chọn khoảng cách khay cho hợp lý thì số khay trong một ngăn là 20mm. - Tủ sấy được thiết kế và xây dựng theo hình vẽ và có kích thước cơ bản sau: + Chiều cao của tủ sấy: H = 1130mm + Chiều rộng của tủ sấy: H = 890mm + Chiều dài của tủ sấy: H = 3130mm - Vậy tổng diện tích xung quanh tường tủ sấy là: Ft = 2 ( H.B + H.L + B.L) Ft = 2 1,13.0,89 + 1,13.3,13 + 0,89.3,13) Ft = 14,6566 (m2) + Chiều dày của tấm Inox làm vỏ tủ là 0,6mm + Chiều dày của lớp bảo ôn là 40mm - Chân tủ cao 200mm - Khay làm bằng Inox có chiều dày là 0,6mm Kích thước của khay: + Chiều cao khay Hk = 30mm + Chiều dài khay Lk = 730mm + Chiều rộng của khay Hk = 530mm VII. Tính nhiệt lượng cần thiết: Công thức: Q = Qk + Qvl + Qbc Qk : Tổn thất nhiệt qua khay Qvl : tổn thất nhiệt do vật liệu mang đi Qbc: tổn thất nhiệt qua bao che * Tính tổn thất ra môi trường: 1. Tổn thất ra môi trường xung quanh tại tủ sấy: - Theo thiết kế 2 đầu tủ có 2 khoang tự do có kích thước: Btd = 400mm Htd = 1130mm cùng với các khoảng trống giữa 2 khay Vậy tiết diện tự do của tủ là: Ftd = ( Bt.Ht - 15 Lk.Hk) ( theo tài liệu 2 ) Ftd = 0,89.1,13-15.0,53.0,33 = 0,7672 (m2) - Tốc độ tối thiểu sẽ bằng lưu lượng thể tích trong quá trình sấy lý thuyết chia cho tiết diện tự do Ta có: t1 = 900C => ( Theo tài liệu 2 ) áp suất hơi bão hoà Pb1: Pb1 = exp ( 12 - ) Pb1 = exp ( 12 - ) Thay d1 và Pb1 vào ta tìm được hay = 3,8% Theo phụ lục " Thể tích không khí ẩm trong 1kg không khí khô " ( tài liệu 3 ). Ta xác định được thể tích tác nhân tương ứng điểm B (t,là: Vb = 694,24.1,09 = 756,7216 (m3/h) - Với nhiệt độ t2 = 400C F20 = 77% - Ta xác định được thể tích tác nhân tương ứng tại điểm C0 là: Vco = 694,24.0,960 = 666,4704 (m3/h) - Do đó lưu lượng thể tích trung bình trong tủ sấy là: Vtb = (m3/h) => Tốc độ tác nhân sấy tối thiểu là: V0 = (m/s) - Vì lưu lượng tác nhân trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình lý thuyết nên tốc độ tác nhân sấy giả thiết để tính toán các tổn thất cũng phải lớn hơn V0. Vậy ta lấy V = 1(m/s) - Theo tài liệu 3, với V < 5(m/s) thì = 6,15 + 4,17V do đó hệ số trao đổi nhiệt cưỡng bức giữa tác nhân sấy và mặt trong tủ sấy là: Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt tủ sấy với không khí xung quanh theo kinh nghiệm là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối. Do đó theo tài liệu 2, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu sẽ được tính theo công thức: =(tw2-tf1)0,333 Ta có tf2 là nhiệt độ của dịch thể lạnh hay chính là nhiệt độ của môi trường: tf2 = t0 = 250C Ta có tf1 là nhiệt độ của dịch thể nóng trong trường hợp này thì Vtb của tác nhân sấy: tf1 = 0,5 ( t1+t2) = 0,5 ( 90 +40) = 650C - Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và mặt trong của tường bằng: q1 = 1,715 (tf1 - tw1)1,333 = 1,715 (65- tw1)1,333 Mật độ dòng điện do dẫn nhiệt q2 là: q2 = - Mật độ dòng nhiệt độ đối lưu tự nhiên của ngoài tường với không khí xung quanh q3 bằng: q3 = 1,715 (tw2 - tf2)1,333 => q3 = 1,715 (tw2 - 25)1,333 Giả thiết: tw1 = 560C => q1 = 1,715 (65 - 56)1,333 q1 = 1,715 91,333 q1 = 32,1061 (w/m2) => tw2 = tw1 - q1 Ta có: - Hệ số dẫn nhiệt của Inox là = 90 (w/mk) - Hệ số dẫn nhiệt của bông thuỷ tinh = 0,058(w/mk) Tw2 = 56 - 32,0825.0,68966 = 33,8570C => q3 = 1,715 (tw2 - tf2)1,333 = 1,715 (33,857- 25)1,333 q3 = 31,4(w/m2) - Độ sai lệch = q1 - q3 = 32,0825 - 31,4 = 0,676 là hợp lý. => =(31,4-25)0,333.1,715 = 3,184 (w/m2K) - Hệ số truyền nhiệt k - Ta có: = 10,32(w/m2K) => =(31,4-25)0,333.1,715 = 3,184 (w/m2K) k = (w/m2K) - Như vậy tổn thất qua hai mặt tường bên của tủ là: Q = 3,6.k.Ft Với t = tf1 - tf2 = 65 - 25 = 400C Ft = 3,13x1,13.2 = 7,0738 (m3) K = 0,90857 (w/m2K) - Vậy thay các giá trị vào ta có: Qr = 3,6.0,90846.7,0738.40 = 925,49 (kj/h) hay qt = ( kj/kg) * Tổn thất qua trần tủ: - Hệ số trao đổi nhiệt vào môi trường: = 1,3.3,182 = 4,1392 (w/m2K) => (w/m2K) - Do đó Qtr = 3,6.0,9726.(0,98.3,13)(65-25) = 390,149 (kj/h) => qrr = (kj/kg) * Tổn thất qua cửa tủ: - Ta tính công thức: Qc = 3,6.kc. (tf1 - tf2).F => (w/m2K) Do đó ta có: Qc = 3,6.1,077.0,189 ( 65 - 25 ).Fc = 143,6 (kj/h) => qc = = 10,29 (kj/kg) Fc = 0,99.0,55.2 = 1,089 * Tổn thất qua đáy tủ: = 1,3.3,182 = 4,1392 (w/m2K) => (w/m2K) => qd = = 27,96 (kj/kg) Do đó Qd =3,6.0,9726. (0,98.3,13)(65-25) = 390,149 (kj/h) * Tổn thất qua hai đầu tủ: - Tổn thất qua đầu vào tác nhân sấy: Qđv = 3,6.F.k(trf1 - tf2 ) = 3,6.0,90857(0,89.1,13).(65-25) = 131,5798 (kj/h) => qdv = = 9,429 (kj/kg) - Tổn thất qua đầu ra của tác nhân sấy: Qđr = 3,6.F.k(t - tf2 ) = 3,6.0,90857(0,89.1,13).(60-25) = 135,51 (kj/h) => qdr = = 9,711 (kj/kg) => Tổn thất qua hai đầu sấy tủ là: qđ = 9,429 +9,711 = 19,14 (kj/kgẩm) Qđ = 19,14.13,954 = 267,079 (kj/h) Vì vậy tổn thất qua kết cấu bao che là: qbc = qs + qtr + qt + qc + qđ => qbc = 27,96 + 27,96 + 31,18 + 66,32 + 10,29 = 174 (kj/kgẩm) => Qbc = qbc.w = 174.13,954 = 2428 (kj/h) 2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: - Theo tài liệu 3 ta có: Qvl = m2.Cv. (t1 - t0) = 1.3,82.(90 - 25 ) = 2875,06 (kj/h) Hay (kj/kg) 3. Tổn thất do khay mang đi: Thể tích của mỗi khay là: = 0,02775 (m3) - Khối lượng mỗi khay là: mk = 0,02775. 100 = 2,775 (kg) -Vì mỗi khay có thêm hai thanh sắt F3 làm tăng độ cứng của mép khay nên tổng khối lượng của mỗi khay là 3 kg. - Mỗi mẻ sấy 100 kg sợi củ cải, mỗi khay chứa được 2,5 kg sợi cà rốt. - Do đó số khay cần trong mẻ là: = 40 ( khay ) + Tổng khối lượng của 40 khay là: = 12 kg + Nhiệt dung riêng của Inox là: Ck = 0,45 ( kj/kgK) Do đó tổn thất nhiệt do khay mang đi là: Qk = = 120.0,45.(90-25) = 3510 (kj/kg ) qk = = 198,48 (kj/kg) 4. Tổn thất cả các tổn thất đã tính là: Q = Qk + Qvl + Qbc Q = 3510 + 2875 + 2428 Q = 8813 ( kj/h) => q = = 498,36 (kj/kg) 5. Xác định : : là tổng tổn thất = Ca.t0 - q = 4,18. 25 = 498,36 = - 393,86 (kj/kgẩm) VIII. Xác định quá trình sấy lý thuyết theo phương pháp sấy không hồi lưu khí thải trên đồ thị I-d: + Điểm B: t1 = 900C d1 = d0 = 0,0172 (kg/kgkk ) I1 = 136,21 (kj/kgkk ) + Điểm C0: t2 = 400C d02 = 0,0373 (kg/kgkk ) = 77% + Điểm A: t0 = 250C d0 = 0,0172 (kg/kgkk ) = 85% IX. Xác định các thông số sau quá trình sấy thực: - Xác định lượng chứa ẩm d2 ( theo tài liệu 2 ) Ta có: d2 = d0 + = 0,0172 + = 0,0343 (kgẩm/kgkk) Trong đó i2 được tính: i2 = 2500 + 1,842 t2 - Xác định Entapi I2: + Entapi của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực có thể xác định theo công thức theo tài liệu 2: I2 = 1,004 t2 + d2 ( 2500+1,842 t2) = 1,004.40+0,034(2500+40.1,8425) = 113,377 (kj/kgkk) - Xác định độ ẩm tương đối + Theo tài liệu 2 ta có: = 0,71 hay 71% X. Xác định lượng không khí khô thực tế: - Lượng không khí khô thực tế cần thiết để bốc hơi ( kg ) ẩm được xác định theo tài liệu 2: Ta có : = 58,479 (Kgkk/kgẩm) L = l.w = 58,479.17,684 = 1034 (kgkk/h) XI. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy: 1. Nhiệt lượng có ích là: q1 = i2- Cat0 ( theo tài liệu 2 ) = (2500+40.1,842)- 4,18.25 = 2469,18(kj/kgẩm) Q1 =w( i2- Cat0) = 17,684.2469,18 = 44142,45 (kj/h) q1 = (kj/kg 2. Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi: Q1 =L.Cpk( t2- t0) ( theo tài liệu 2 ) = 1034. 1,084 ( 40 - 25 ) = 16812,84 ( kj/h) => q2 = (kj/kg) 3. Tổng nhiệt lượng tính toán q': - Tổng nhiệt lượng tính toán = ( Tổng nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che ) + ( Tổn thất do vật liệu sấy mang đi ) + ( tác nhân sấy mang đi ) + ( Nhiệt lượng có ích ) + ( tổn thất do khay ) - Vì vậy ta có: q' = qbc + qvls + q2 + q1 + qk = 174 + 162,58 + 950,74 + 2469 + 198,48 = 3954, 8 (kj/kgẩm ) 4. Thiết lập bảng cần nhiệt: TT Đại lượng q(kj/kgẩm ) Q (kj/h) % 1 Tổn thất qua kết cấu bao che 174 2428 3,84 2 Tổn thất do thiết bị truyền tải 198,48 3510 5,0 3 Tổn thất do VLS mang đi 162,58 2875 4,12 4 Tổn thất TNS mang đi 950,74 16812,84 24,0 5 Nhiệt lượng có ích 2469 44142,45 63,04 6 Tổng nhiệt lượng tính toán 3954,80 69768,29 100 - Hiệu suất nhiệt thiết bị sấy là: = 63,04 Trong tất cả các tổn thất do tác nhân sấy mang đi là lớn nhất chiếm 24%. phần III: Tính cơ khí I. Thiết kế tủ sấy: Phần tủ đã tính ở trên với kích thước cơ bản sau: + Chiều cao của tủ sấy: H = 1130mm + Chiều rộng của tủ sấy: B = 890mm + Chiều dài của tủ sấy: L = 3130mm - Vậy tổng diện tích xung quanh tường tủ sấy là: Ft = 2 ( H.B + H.L + B.L ) Ft = 2 (1,13.0,89+1,13.3,13)+ 0,89.3,13) Ft = 14,6566 (m2) + Chiều dày của tấm Inox làm vỏ tủ là 0.6mm + Chiều dày của lớp bảo ôn là 40mm - Chân tủ cao 200mm - Khay làm bằng Inox có chiều dày 0,6mm Kích thước của khay: + Chiều cao khay Hk= 130mm + Chiều dài khay Lk= 730mm + Chiều rộng khay Bk= 530mm II. Tính công suất và thiết kế Kalorifer: 1. Công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng Kalorifer cần cung cấp là: - Nhiệt lượng tiêu hao để sấy một mẻ là Q = 55613 (kj/h ) => Do đó công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng Kalorifer cần cung cấp là: 2. Tính bộ đốt nóng Kalorife: - Theo kích thước thực nghiệm đo được ta có: chọn chiều rộng và chiều cao của tiết diện ngang Kalorife + Diện tích của mặt Kalorife là: F = 2 ( H.B + B.L ) = 2 ( 0,295.0,24 + 0,24.0,64 ) = 0,4488 m2 - Mặt khác ta có: Q = 3,87 kw = 3,08 . 1000 = 3870 w U = 220 V = 1,729-8 (m ) - Tiết diện dây: S = do đó R = = 12,5 () Ta lại có: R = => l = l = R.3,14.d2.0,25. l = l= 712 (m) - Ta có: I = = 17,6A I = 17,6A => Chiều dài của một cuộn dây mai so là: l1 = = 79 (m) + Kalorie gồm 9 hàng dây mai so, khoảng cách giữa các hàng là 80 (mm ) + Chiều dài của Kalorie là : L = 80 .8 = 64 (mm ) Kết luận Sấy cà rốt bằng tủ sấy là phương pháp tối ưu nhất đối với nguyên liệu này. Nó đã được sử dụng tương đối ở nhiều nơi, nhiều vùng. - Ưu điểm của tủ sấy: + Vận hành đơn giản, phù hợp với năng suất vừa và nhỏ và phù hợp với yêu cầu thực tế nền nông nghiệp nước ta. + Kết cấu và lắp đặt đơn giản, chi phí đầu tư không quá lớn mà hiệu quả kinh tế lại cao. + Cà rốt là loại vật liệu có chứa lượng ẩm cao, chủ yếu là liên kết mao mạch nên khó bay hơi. Vì thế quá trình thiết kế và lựa chọn các thiết bị cho hệ thống sấy em đã cố gắng để sao cho phương án đề ra là đơn giản đạt hiệu quả kinh tế cao và dễ dàng vận hành, sửa chữa. Cũng như kalorife, quạt được đặt ở trên nóc tủ để kết cấu của hệ thống được an toàn. + Tủ sấy có các kênh dẫn khí vào và kênh dẫn khí ra tương đối đều, tạo sự đồng đều về quá trình bay hơi ẩm của vật liệu sấy trong toàn bộ tủ. + Cấu tạo của tủ sấy từng phần nên dễ chế tạo và lắp ráp. Tủ được bọc cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh nên tổn thất nhiệt qua vách tủ là nhỏ do có sự tính toán và thiết kế tương đối chính xác nên hiệu suất nhiệt cao 62,2%. + Hệ thống sấy đã thiết kế trong đồ án của em còn có thể hoàn thiện hơn nữa nhưng do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên em không thể hoàn thiện được. + Vì đây là lần đầu tiên em thiết kế cả một hệ thống nên không tránh khỏi thiếu sót nên em rất mong nhận được sự đóng góp cũng như những lời chỉ bảo thêm của các thầy và sự đóng góp của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! lời nói đầu 1 lời cảm ơn 3 phần I: tổng quan và lựa chọn 4 phương án sấy 4 I. Tổng quan về cà rốt: 4 II. Lựa chọn phương án sấy: 4 1. Phương pháp sấy thùng quay: 5 2. Phương pháp sấy tầng sôi: 5 3. Phương pháp lưu động: 6 4. Phương pháp sấy buồng: 6 5. Phương pháp sấy hầm: 6 III. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 8 phần II: Tính các quá trình nhiệt 11 I. Tính lượng ẩm bay hơi: 11 II. Xác định các thông số không khí ngoài trời: 12 III. Xác định Entapi của tác nhân sấy trước quá trình sấy: 13 IV. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết: 13 V. Lượng không khí khô lý thuyết: 15 VII. Tính nhiệt lượng cần thiết: 17 1. Tổn thất ra môi trường xung quanh tại tủ sấy: 17 2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: 23 3. Tổn thất do khay mang đi: 24 4. Tổn thất cả các tổn thất đã tính là: 24 5. Xác định : 25 VIII. Xác định quá trình sấy lý thuyết theo phương pháp sấy không hồi lưu khí thải trên đồ thị I-d: 26 IX. Xác định các thông số sau quá trình sấy thực: 27 X. Xác định lượng không khí khô thực tế: 28 XI. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy: 29 1. Nhiệt lượng có ích là: 29 2. Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi: 29 3. Tổng nhiệt lượng tính toán q': 29 4. Thiết lập bảng cần nhiệt: 31 phần III: Tính cơ khí 32 I. Thiết kế tủ sấy: 32 II. Tính công suất và thiết kế Kalorifer: 32 1. Công suất nhiệt trung bình mà bộ đốt nóng Kalorifer cần cung cấp là: 33 2. Tính bộ đốt nóng Kalorife: 33 Kết luận 36