Thiết kế hệ thống sấy cá

35-40% thì sẽ ngăn cản được một số loại vi khuẩn. Nếu độ ẩm chỉ còn 10-12% thì hầu như các loại vi khuẩn không còn phát triển được nữa. Ngoài các yếu tố trên thì nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình thối rữa và phân hủy của Cá. Cá Thu là loại Cá có ít mỡ, tra bảng ra ta được nhiệt dung riêng của Cá Thu là C = 3, 62 kJ/kg. Thực tế khi sấy thì do lượng âm trong Cá luôn thay đổi và giảm vì vậy giá trị nhiệt dung riêng ở trên cũng không phải là luôn không đổi, tuy nhiên giá trị này chỉ để phục vụ mục đích tính toán tổn thất nhiệt do VLS mang đi nên ta có thể chấp nhận giả thiết coi nhiệt dung riêng của Cá là không đổi và luôn bằng giá trị lớn nhất. 1.2 Tổng quan về công nghệ sấy Cá 1.2.1 Tình hình sấy thủy sản ở nước ta hiện nay Việt nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư trường đánh bắt cá rất rộng. Sản lượng tôm cá hàng năm rất lớn. Cũng giống như các nước kém phát triển khác thì một phần sản lượng không nhỏ được chế biến dưới dạng khô, biện pháp chủ yếu vẫn là phơi nắng truyền thống, dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc thực phẩm cho con người, phương pháp này rất bị động khi thời tiết biến động, chất lượng sản phẩm thấp và gây ô nhiễm môi trường. Nhu cầu sấy cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta hiện nay. Cá đánh bắt được tiêu thụ trong nước không hết cần phải được sấy khô để xuất khẩu bán ra các nước khác. Hiện nay có rất nhiều hãng lớn trên thế giới cũng đã tiếp xúc với thị trường máy nông nghiệp trong đó có máy sấy nông sản và cụ thể là máy sấy cá, họ đem đến giới thiệu và chào hàng những dây chuyền hiện đại, năng suất lớn và hoàn toàn tự động chỉ phù hợp với quy mô công nghiệp. Trong khi đó ở Việt nam do đặc thù của nền kinh tế là sản xuất không tập trung, nhỏ lẻ và phân tán và quan trọng là chi phí đầu tư cho những dây chuyền như vậy rất đắt dẫn đến gây khó khăn cho nông dân hoặc các hộ kinh tế gia đình cá thể hay các doanh nghiệp vừa và nhỏ muốn đầu tư trang bị. Vì vậy cần phải nghiên cứu chế tạo ra những hệ thống sấy phù hợp với điều kiện của nước ta, nhưng vẫn phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm chi phí trong quá trình đầu tư, vận hành và bảo dưỡng. 1.2.2 Công nghệ sấy Cá a) Chọn và xử lý Cá * Tiêu chuẩn Chọn Cá: - Cá dùng để sấy phải đảm bảo tươi, thịt cứng, trọng lượng mỗi con vào khoảng 200gam/con. - Cá còn nguyên vẹn không bị tổn thương. - Cá không bị dịch bệnh hoặc có nguồn gốc xuất xứ từ những vùng mắc dịch bệnh. - Cá có mùi tanh tự nhiên. * Quá trình xử lý Cá: - Tiến hành vệ sinh Cá bằng nước sạch. - Dùng dao mổ bụng cá nhằm loại bỏ những thành phần không cần thiết như nội tạng, bỏ vây… - Cắt bỏ đầu , xương, vẩy… - Rửa sạch Cá một lần nữa trước khi sấy Cá. * Yêu cầu cảm quan về thành phẩm: Trong quá trình sấy phải đảm bảo không làm mất chất tức là phải giữ được mùi vị của Cá. - Về màu sắc: Đảm bảo màu sắc tự nhiên của Cá, không bị dính cát sạn.  - Về mùi, vị: Mùi thơm tanh tự nhiên của cá và không có mùi lạ, Cá phải có vị ngọt không mặn. - Về trạng thái: Cá khô, mình còn nguyên. Hàm lượng từ 13-15%, có hàm lượng muối từ 1-2%. b) Công nghệ sấy Cá khô Ta lựa chọn công ghệ sấy là công nghệ sấy hầm vì phù hợp với tính chất của vật liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm là hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí - hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng 80 - 950 C , được quạt thổi cưỡng bức vào hầm sấy. Vận tốc của dòng không khí nóng phụ thuộc vào lượng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian. Để tiến hành sấy Cá làm cho độ ẩm của Cá giảm xuống còn khoảng 10-12% thì nguyên liệu đầu vào là cá đã được làm sạch sẽ được xếp lên các khay sắt, các khay sắt được sắp xếp theo trật tự trên các xe goòng rồi đưa vào buồng sấy. Lượng ẩm sau khi thoát ra được thải ra môi trường. Quy trình phân loại, lựa chọn và sấy Cá khô: Hình 1.1: Quy trình công nghệ Sấy Cá khô CHƯƠNG II PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP, DẠNG VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 2.1 Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế 2.1.1 Lượng ẩm cần bay hơi tính theo giờ Với nguyên liệu là Cá đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm  W1 = 75% và yêu cầu của sản phẩm sấy đầu ra có độ ẩm là W2 = 12% . Với thời lượng làm việc của một ngày là 20tiếng(bao gồm tất cả các việc như tháo và chất tải…). Do đó ta có trong 1h thì lượng nguyên liệu đưa vào là: G1 = 3 tân/20h =3000 kg/20h =150 kgVLÂ/h. + Do vậy năng suất sản phẩm(VLK) tính theo giờ là: G = G . 1- W1 =150.1- 0,75 »  42,5 kgVLK/h. 2 2 1 1- W 1- 0,12 + Lượng ẩm cần bay hơi trong 1h là: W=G1 - G 2 =150[kgVLÂ/h] - 42,5[kgVLK/h]= 107,5kgÂ/h. 2.1.2 Lựa chọn phương pháp sấy Do sản phẩm sấy là Cá tươi và được dùng làm thực phẩm cho cả người nên để đảm bảo về yêu cầu vệ sinh. Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy. Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là Cá, và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta lựa chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi. Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer khí- hơi. Không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy. Trong không gian buồng sấy không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt- ẩm với vật liệu sấy là Cá tươi làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài. Không khí này sau đó được thải ra môi trường. 2.1.3 Chọn chế độ sấy Với hệ thống sấy buồng và vật liệu sấy là Cá. Ta sẽ gia nhiệt cho 1 không khí lên đến nhiệt độ t = 700 C (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ). Nhiệt độ của không khí ra khỏi buồng sấy ta lựa chọn là  2 t = 400 C (lựa chọn không được quá thấp tránh hiện tượng đọng sương bên trong buồng sấy khi không khí bị quá bão hòa). Do yêu cầu nhiệt độ sấy không quá thấp(sấy nóng) nên ta sử dụng sơ đồ sấy không có đốt nóng trung gian. Để tránh làm mất mát mùi vị nhiều của Cá ta sử dụng sơ đồ sấy hồi lưu một phần. Ngoài lý do trên thì ta đã biết rằng do chất lượng yêu cầu của sản phẩm khá cao khi dùng làm thực phẩm cho con người do vậy không khí sử dụng làm tác nhân sấy cũng phải yêu cầu sạch, vì vậy tránh phải sử dụng lượng không khí tươi ngoài trời quá lớn vừa gây tăng chi phí vận hành và lọc bụi của hệ thống các phin lọc ta cho hồi lưu lại một phần không khí đi ra từ buồng sấy giảm bớt chi phí về năng lượng. 2.1.4 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy Tổng hợp toàn bộ các yêu cầu trên về hệ thống ta đưa ra được sơ đồ cho hệ thống đáp ứng được các yêu cầu trên như sau: Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY A- QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 3.1 Các thông số của không khí trong hệ thống 3.1.1 Thông số của không khí ngoài trời 0 0 Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là t = 230 C; j  =83% ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau: 0 · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t = 230 C  là: p = exp[12- 4026,42 ] = exp[12-  4026,42  ] = 0, 02798[Bar]. bh 0 235,5+t 0 235,5+23 · Độ chứa hơi của không khí: 0 d = 0, 621. j0 .pb 0  = 0, 621. 0,83.0, 02798 0,98 - j0 .pb 0 0,98 - 0,83.0, 02798 = 0, 01479[kg _ âm / kg _ KKK]. · Entanpi của không khí: I0 = 1, 004.t 0 + d0 .(2500 + 1,842.t 0 ) = 1, 004.23 + 0, 01479.(2500 + 1,842.23) = 60, 70[kJ / kg _ KKK]. Như vậy không khí ngoài trời (0) có: t = 230 C; j =83%; d = 0, 01479[kg _ âm / kg _ KKK]; 0 0 0 I0 = 60, 70[kJ / kg _ KKK]. 3.1.2 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy(thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) 1 Với nhiệt độ của không khí khi được thổi vào buồng sấy là t = 700 C , nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi buồng sấy là  2 t = 400 C . Lượng không khí lưu chuyển trong thiết bị sấy(TBS) là:  L = LH + L0 . Cân bằng ẩm cho toàn bộ hệ thống sấy có: L0 .d0 + G1.W1 = L0 .d2 + G 2 .W2 Þ L0 .(d2 - d0 ) = G1.W-G 2 .W2 = W (Lượng ẩm cần lấy đi của vật liệu sấy). Þ L0  = W. 1 . (d 2 - d0 ) Cân bằng ẩm cho riêng thiết bị sấy có: L.dM + G1.W1 = L.d2 + G 2 .W2 Þ L.(d  2 - dM ) = G1.W-G2 .W2  = W Þ L = W. 1 . (d 2 - dM ) Ta có hệ số hồi lưu: W n = LH L0 = L-L0 L0 = L - 1. L0 Þ n = d2 - dM  - 1 = d 2 - d0 - 1 = dM - d0 Þ d = d0 + n.d 2 . W d - d d - d M 1 + n d2 - d0 2 M 2 M Cân bằng năng lượng cho buồng hòa trộn có: I0 .L0 + I2 .LH = (L0 + LH ).IM . I .L  + I .L I + LH .I 0 L 2  I + n.I M Þ I = 0 0 2 H = 0 = 0 2 . L0 + LH 1 + LH 1 + n Như vậy tại điểm hòa trộn M có: L0 d = d0 + n.d2 ; I M 1 + n M  = I0 + n.I2 . 1 + n Quá trình sấy lý thuyết xảy ra trong thiết bị sấy là quá trình đẳng Entanpi nên có: I1 = I2 Û Cpk .t1 + d1.(r + Cpa .t1 ) = Cpk .t 2 + d2 .(r + Cpa .t 2 ). Do d1 = dM (Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm xảy ra trong Calorifer). Thay vào có:  C .t  + d0 + n.d2 .(r + C .t ) = C .t  + d .(r + C .t ). pk 1 1 + n pa 1 pk 2 2 pa 2 Ta rút ra được: d2 Thay vào với: (n + 1).C .(t - t ) + d .(r + C .t ) = pk 1 2 0 pa 1 . (r + Cpa .t 2 ) - n.Cpa .(t1 - t 2 ) t = 700 C; t  = 400 C; d  = 0, 01479 kg_âm/kgKKK 1 2 0 r=2500 kJ/kg; Cpk = 1, 004kJ / kg.K; Cpa = 1,842 kJ / kg.K; n=1 Ta có: · Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: d = (1 + 1).1, 004.(70 - 40) + 0, 01479.(2500 + 1,842.70) 2 (2500 + 1,842.40) - 1.1,842.(70 - 40) = 0, 04051 kg_âm/kg_KKK. · Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: I2 = 1, 004.t 2 + d2 .(2500 + 1,842.t 2 ) = 1, 004.40 + 0, 04051.(2500 + 1,842.40) = 144, 42[kJ / kg _ KKK]. · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  2 t = 400 C  là: p = exp[12- 4026,42 ] = exp[12-  4026,42  ] = 0, 07317[Bar]. bh 2 235,5+t 2 235,5+40 · Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: 2 j = d2 .pkq =  0, 04051.0, 981  » 0,82=82%. pbh 2 (0, 621 + d 2 ) 0, 07317.(0, 621 + 0, 04051) Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2) có: t = 400 C;  j =82%; d  = 0, 04051[kg _ âm / kg _ KKK]; 2 2 2 I2 = 144, 42[kJ / kg _ KKK]. 3.1.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn: Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (M) có: · Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là: d = d0 + n.d2 = 0, 01479 + 1.0, 04051 = 0, 02765 kg_âm/kg_KKK. M 1 + n 1 + 1 · Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: I = I0 + n.I2 = 60, 70 + 1.144, 42 = 102,56 kg_âm/kg_KKK. M 1 + n 1 + 1 · Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: M t = IM - d M .r = 102,56 - 0, 02765.2500 = 31, 70 C. Cpk + d M .Cpa 1, 004 + 0, 02765.1,842 · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  M t = 31, 70 C  là: p = exp[12-  4026,42  ] = exp[12-  4026,42  ] = 0, 04647[Bar]. bhM 235,5+t M 235,5+31,7 · Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là: M j = d M .pkq =  0, 02765.0,981  » 0,899=90%. pbhM (0, 621 + dM ) 0, 04647.(0, 621 + 0, 02765) Như vậy không khí sau buồng hòa trộn (M) có: t = 31, 70 C; j  =90%; d = 0, 02765[kg _ âm / kg _ KKK]; M M M IM = 102,56[kJ / kg _ KKK]. 3.1.4 Thông số của không khí sau Calorifer(đi vào thiết bị sấy) Không khí sau Calorifer hay không khí đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1) có: · Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1 = dM = 0, 02765 kg_âm/kgKKK. · Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: I1 = 1, 004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1 ) = 1, 004.70 + 0, 02765.(2500 + 1,842.70) = 143, 0[kJ / kg _ KKK]. · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  M t = 700 C  là: p = exp[12- 4026,42 ] = exp[12-  4026,42  ] = 0,30735[Bar]. bh1 235,5+t1 235,5+70 · Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là: 1 j = d1.pkq =  0, 02765.0,981  » 0,136=13,6%. pbh1 (0, 621 + d1 ) 0,30735.(0, 621 + 0, 02765) Như vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1) có: 1 1 1 t = 700 C; j =13,6%; d = 0, 02765[kg _ âm / kg _ KKK]; I1 = 143, 0[kJ / kg _ KKK]. 3.2 Lưu Lượng không khí khô lý thuyết 3.2.1 Lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy là llt = 1 d2 - d1 = 1 0, 04051 - 0, 02765  » 77,8[kg _ KKK / kg _ âm]. Lưu Lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy là: Llt = W.llt = 107,5.77,8 » 8364[kg _ KKK / h]. Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy là: tb tb t = 0,5.(70 + 40) = 55,50 C Þ r = 1, 0765 kg_KKK/m3 _KKK. Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy là: lt Vlt = L rtb = 8364 1, 0765  » 7770 m3 / h. 3.2.2 Lượng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào cần thiết là: lt llt = l = 77,8 » 39, 0[kg _ KKK / kg _ âm]. o 1 + n 1 + 1 Lưu lượng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp vào cần thiết là: lt lt Lo = W.l0 = 107,5.39, 0 » 4193[kg _ KKK / h]. Với nhiệt độ của của không khí ngoài trời là: 0 t = 230 C Þ r = 1, 202 kg_KKK/m3 _KKK. Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết là: lt Vlt = L0 = 4193 » 3490 m3 / h. 0 r 1, 202 3.3 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d a) Sơ đồ công nghệ: Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ và các thông số trong quá trình sấy lý thuyết b) Đồ thị thông số trạng thái của TNS: Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy lý thuyết Để xây dựng được đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực ta cần tính toán được các tổn thất của hệ thống sấy, muốn vậy ta cần tính toán thiết kế kết cấu của hầm sấy, các thiết bị đi kèm như khay sấy, xe goòng… 3.4 Xác định kích thước của thiết bị sấy(Khay sấy, xe goòng, Hầm sấy) Để đáp ứng yêu cầu về năng suất. Thiết bị sấy của ta lựa chọn là Hầm sấy.Vật liệu sấy là cá tươi được chất lên các khay và các khay được chất lên các xe goòng để đẩy vào hầm sấy. Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đưa xe goòng ra ngoài. 3.4.1 Kích thước của khay sấy Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy(Cá tươi cắt miếng dày khoảng 40mm). Khay sấy được chế tạo từ nhôm, tạo hình bằng phương pháp dập nhôm tấm bản có chiều dày 1mm, kích thước của khay sấy là 1100x700, như hình vẽ, tạo gờ mép ngoài khoảng 30mm để thuận tiện trong việc cầm nắm. Khối lượng của mỗi khay sấy tính ra khoảng 3,5kg/khay. Hình 3.3 Khay sấy Diện tích phần khay cho phép chất tải lên là: 50x1050=0,65(m)x1,05(m) = 0,7m2. Với kích thước như vậy khi ta chất Vật liệu sấy(Cá tươi) thành 1 lớp lên trên bề mặt lưới thép thì trên mỗi khay cho phép chất lên từ 20-25 miếng tươi, với trọng lượng mỗi miếng cá tươi là từ 450g trở lên thì trên mỗi khay cho phép chứa từ 9-11,5kg. Để tính trung bình ta lựa chọn trên mỗi khay sấy cho phép chất lên là 10kg. Do vậy với yêu cầu năng suất sấy là G1 = 3 tấn trên tổng thời gian làm việc là 20h trên mỗi ngày nên số khay cần được chế tạo là: N = 8h.3000kg 20h.10kg / khay  = 120khay. (Chi tiết khay sấy được thể hiện trên bản vẽ KTS- No.01) 3.4.2 Kích thước của xe goòng Xe goòng được chế tạo từ khung Inox không gỉ, các thanh Inox rỗng có tiết diện 25x25, dày 1,5mm được hàn lại với nhau. Trên mỗi xe đặt 12 khay, mỗi khay chứa được 10kg vật liệu sấy, các khay được xếp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là 100mm để đảm bảo lưu thông của tác nhân sấy(không khí nóng) được dễ dàng, dưới các chân của xe có bố trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2 thanh ray lắp bên trong hầm sấy. Xe goòng được chế tạo có kích thước: LxWxH(Leng x Width x High)=850x1250x1660mm. Kích thước xe goòng như vậy là phù hợp với điều kiện gia công cũng như chế độ làm việc của công nhân. Với kết cấu như vậy khối lượng của mỗi xe vào khoảng 28kg. Trên mỗi xe gòng cho phép đặt 12 khay sấy, mỗi khay chứa được 10kg. Do đó khối lượng VLS trên mỗi xe là: G X = 12.10 = 120 kgVLS / Xe. Với thời gian làm việc trên mỗi ngày là t = 20h , thời gian để sấy là t = 8h . Do đó để sấy hết được là: G1 = 3000 kgVLS thì số xe goòng cần thiết x N = G1.t = 3000(kgVLS).8(h)  = 10 Xe. G X .t 120(kgVLS / Xe).20(h) Ta chế tạo dư ra 2 xe, do vậy tổng số xe goòng cần chế tạo là 12 Xe. Hình dáng của xe goòng được trình bày trong hình dưới đây: Hình 3.4 Xe goòng (Chi tiết xe goòng được thể hiện qua bản vẽ KTS- No.02). 3.4.3 Kích thước của Hầm sấy Hầm sấy được xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi việc di chuyển của các Xe goòng, thuận tiện cho việc đẩy xe vào cũng như kéo xe ra khỏi hầm sấy. Hầm sấy được xây dựng theo các kích thước sơ bộ sau: a) Chiều rộng của hầm sấy Bh: Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng. Ta lấy dư ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng: Bh = Bx + 2.100 = 1250 + 2.100 = 1450mm. b) Chiều cao của hầm sấy Hh: Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goòng. Ta lấy dư ra phía mép trên của xe là 150mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng: H h = Hx + 150 = 1650 + 150 = 1800mm. c) Chiều dài của hầm sấy Lh: Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều dài và số lượng của xe goòng làm việc trong hầm. Ta lấy dư ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm giúp cho việc đẩy xe goòng cũng như kéo ra khỏi hầm được thuận lợi: Lh = N x .Lx + 2.1000 = 10.850 + 2.1000 = 10500mm. Trong hệ thống sấy của ta bố trí một kênh dẫn gió nóng(nhiệt độ 700C), một kênh dẫn gió thải và một kênh dẫn gió hồi. Các kênh được xây dựng với chiều rộng hợp lý giúp cho việc lắp đặt thiết bị, vận hành và bảo dưỡng được thuận tiện. Ta có được bản vẽ mặt bằng xây dựng hầm sấy như sau: A B Giã t­¬i ngoµi trêi Cöa Giã håi bª t«ng trÇn b«ng thñy tinh c¸ch nhiÖt Cöa Giã th¶i ra ngoµi Qu¹t h­íng trôc Calorifer khÝ - h¬i cöa vµo xe goßng A cöa ra xe goßng bª t«ng nÒn B Hình3.5: Mặt cắt đứng xây dựng của hầm sấy. Với kết cấu xây dựng như trên, tốc độ của tác nhân sấy nóng đi trong kênh dẫn vào khoảng 2,5m/s. Tốc độ này là hợp lý để giảm tổn thất áp suất cho quạt. Trên nền của hầm có lắp 2 thanh ray để xe goòng có thể di chuyển tự do dọc theo hầm sấy.  Cöa l¾p van giã håi Kªnh giã nãng Xe goßng (Chi tiết mặt bằng xây dựng được thể hiện qua bản vẽ KTS- No.03). Hình 3.6: Mặt cắt bên của hầm sấy B- QUÁ TRÌNH SẤY THỰC 3.5 Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy Khi vận hành làm việc hầm sấy thì tổn thất nhiệt của HTS bao gồm các tổn thất sau: · Tổn thất do vật liệu sấy mang đi: QV [kJ / h ]; qV [kJ / kg _ âm]. · Tổn thất do thiết bị truyền tải(khay sấy, xe goòng): QTBTT [kJ / h ]; qTBTT [kJ / kg _ âm]. · Tổn thất ra môi trường của kết cấu bao che: QMT [kJ / h ]; qMT [kJ / kg _ âm]. Ta lần lượt xác định các tổn thất này như sau: 3.5.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qV [kJ / kg _ âm] : Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống sấy với sản phẩm sấy là nông sản thực phẩm thì sản phẩm sấy(SPS) đi ra khỏi thiết bị sấy(TBS) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của TNS đi vào từ 5 ¸ 100 C . Do đó VLS sấy đi ra có nhiệt độ là:  t v 2 = 70 - 100 C = 600 C . Nhiệt độ VLS đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: t v1 = 230 C. Nhiệt dung riêng của Cá khô là CVK = 3, 62kJ / kg.K , với sản phẩm đầu ra là Cá khô có độ ẩm hầm sấy là: W2 = 12% , do đó nhiệt dung riêng của Cá đi ra khỏi CV 2 = CVK .(1 - W2 ) + Ca .W2 = 3, 62.(1 - 0,12) + 4,18.0,12 » 3, 7kJ / kg.K Do vậy: Tổn thất nhiệt do sản phẩm sấy mang đi là: QV = G 2.Cv 2 .(t v 2 - t v1 ) = 42,5.3, 7.(60 - 23) = 5820 kJ/h. q = QV = 5820  » 55 kJ/kg_âm. V W 107,5 3.5.2 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải: qTBTT [kJ / kg _ âm] : Ta có:  QTBTT = QKh + QX . Với  QKh ; QX  lần lượt là tổn thất do khay sấy và xe goòng mang đi. Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường là: t = t = t = 230 C. Kh1 X1 0 Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ sấy: t = t = t = 700 C. Kh 2 X 2 1 Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là: G Kh = 3, 5kg; G X = 28kg. Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe và khay(Inox và Nhôm) là: CKh = 0,86kJ / kg.K; CX = 0, 42kJ / kg.K. · Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là: Với số lượng khay là NKh = 120 khay; Thời gian sấy là t = 8h. Ta có: Q = NKh .G Kh .CKh .(t Kh 2 - t Kh1 ) = 120.3,5.0,86.(70 - 23) » 2125kJ / h. Kh t 8 · Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là: Với số lượng xe là NX = 10 Xe; Thời gian sấy là t = 8h. Ta có: Q = NX .G X .CX .(t X 2 - t X1 ) = 10.28.0, 42.(70 - 23) » 695kJ / h. X t 8 Do vậy tổng tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi là: QTBTT = QKh + QX = 2125 + 695 = 2820 kJ/h. q = QTBTT = 2820  » 27,5 kJ/kg_âm. TBTT W 107, 5 3.5.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: qMT [kJ / kg _ âm] : Với kết cấu xây dựng của hầm sấy như đã thiết kế ta có: Tiết diện tự do của TNS nóng đi trong hầm là: Ftd = FH - FX . Với: FX : là tiết diện của xe goòng(3 thanh thẳng đứng 25x1650, 12 thanh X nằm ngang 25x1200), do đó F = 3.(0, 025x1, 65) + 12.(0, 025x1, 2) » 0, 5m2 . 2 FH : là tiết diện của hầm sấy(1450x1800), do đó FH = 1, 45x1,8 » 2, 6m . Vì vậy tiết diện tự do là:  Ftd = 2, 6 - 0,5 = 2,1m2 .  Sau khi tính toán quá trình sấy lý thuyết ta đã xác định được lưu lượng TNS đi qua hầm là Llt=7770m3/h =2,2m3/s , tuy nhiên trong quá trình sấy thực thì lượng TNS này phải lớn hơn đề bù lại các tổn thất. Do đó tốc độ TNS tối thiểu đi trong hầm L 2, 2m3 / s sấy là: w = lt = » 1,1m / s. Ta giả thiết tốc độ của TNS trong quá td lt F 2,1m2 trình sấy thực là  w = 1, 2m / s , ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này. Tổn thất qua kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao gồm các thành phần sau: · Tổn thất qua 2 tường bên: QT . · Tổn thất qua trần: · Tổn thất qua nền:  QTR . QN . · Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm:  QC . Do đó QMT = QT + QTR + Q N + QC Các tổn thất này được xác định qua cùng một dạng biểu thức sau: Q = F.k.(t tb - t 0 ) . Trong đó: t tb : Nhiệt độ trung bình của TNS trong hầm được lấy trung bình như sau tb 1 2 t = 0,5.(t + t ) = 0,5.(70 + 40) = 550 C. 0 t 0 : Nhiệt độ của môi trường t 0 = 23 C. F: Diện tích của các bề mặt tính tổn thất tương ứng. k: Hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức  k = 1 a1 1 . + å di + 1 li a2 Với a1 , a2 : lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặt trong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài tường hầm sấy với môi trường. a1 , a2 có thể được tính gần đúng theo tốc độ của dòng không khí và TNS lưu chuyển qua biểu thức sau: a = 6,15 + 4,17.w [W/m2 .K]. Với TNS đi trong hầm với w = 1,5m / s 2  nên a1 = 6,15 + 4,17.1, 2 » 11,2 W/m .K. Tốc độ của gió ngoài trời ngày làm lấy là 2 w = 1, 0m / s nên a2 = 6,15 + 4,17.1, 0 =10,5 W/m .K 30%). (khi tính tổn thất với trần ta tăng a2 lên Ta lần lượt xác định các tổn thất nhiệt như đã kể trên như sau: · Tổn thất qua 2 tường bên: Tường bên có kích thước: QT . 2 H h xLh = 1800x10500 Þ FT = 2.(1,8x10,5) » 38m . Tường được xây bằng gạch dày dT = 200mm = 0, 2m , có hệ số dẫn nhiệt lT = 0, 75W / m.K. Ta xác định được  k T = 1 1 + 0, 2 + 1 11,5 0, 75 10, 5  » 2,3W / m2 .K. Do đó: QT = FT .k T .(t tb - t 0 ) = 38.2, 3.(55 - 23) » 2785W. · Tổn thất qua trần:  QTR . Trần có kích thước  B xL = 1450x10500 Þ F = 1, 45x10, 5 » 15, 5m2 . h h TR Trần được đổ bằng bêtông cốt thép dày d1 = 150mm = 0,15m , bọc thêm một lớp bông thủy tinh cách nhiệt có chiều dày d2 = 100mm = 0,1m có hệ số dẫn nhiệt lần lượt là l1 = 1,55W / m.K và l2 = 0, 06W / m.K . Ta xác định được k TR = 1 1 + 0,15 + 0,1 + 1 11, 5 1, 55 0, 06 1,3.10, 5  » 0, 6W / m2.K. Do đó: QTR = FTR .k TR .(t tb - t0 ) = 15, 5.0, 6.(55 - 23) » 300W. · Tổn thất qua nền:  QN . Nền có kích thước  B xL = 1450x10500 Þ F = 1, 45x10, 5 » 15,5m2 . h h N Với nhiệt độ trung bình của TNS là 550C ta có thể lấy tổn thất trên mỗi N m2 nền là q = 30W / m2 . Do đó:  QN = FN .q N = 15, 5.30 » 465W. C · Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy: QC . Ở 2 phía đầu vào và đầu ra của hầm sấy có lắp cửa với kích thước 1450x1700 nên diện tích của cửa là F = 2.(1, 45x1, 7) » 5m2 . Cửa được làm bằng thép dày  dC = 5mm = 0, 005m , có hệ số dẫn nhiệt lC = 0, 5W / m.K. ta xác định được  k C = 1 1 + 0, 005 + 1 11,5 0, 5 10, 5  » 5, 5W / m2 .K. Do đó: QC = FC .k C .(t tb - t 0 ) = 5.5,5.(55 - 23) » 880W. Như vậy tổng các tổn thất nhiệt của hệ thống sấy qua kết cấu bao che là: QMT = QT + QTR + Q N + QC Þ QMT = 2785 = 300 + 465 + 880 = 4430W = 4430.3, 6kJ / h » 16000kJ / h. Þ q = QMT = 16000 » 150kJ / kg _ âm. MT W 107, 5 Vì vậy tổng tất cả các tổn thất của HTS là: D = Ca .t 0 - qV - qTBTT - qMT . Với: Ca .t 0 : là thành phần nhiệt vật lý do bản thân TNS đưa vào. Thay vào ta có tổng tổn thất của HTS là: D = 4,18.23 - 55 - 27 - 150 = -135,86 » -140kJ / kg _ âm. 3.6 Tính toán quá trình sấy thực: Ta lần lượt xác định các thông số của TNS ở các điểm nút trong quá trình sấy thực như sau: 3.6.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy(thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn) (2t): · Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: Độ chứa hơi sau quá trình sấy thực được tính qua: CPk .(t1 - t 2 ) + d = i2 - D do .(i1 - D) (1 + n).(i2 - D) 2 t n.(i - D) Trước hết ta tính: 1 - 1 (1 + n).(i2 - D) i1 = r + Cpa .t1 = 2500 + 1,842.70 = 2628, 94kJ / kg _ KKK. i2 = r + Cpa .t 2 = 2500 + 1,842.40 = 2573, 68kJ / kg _ KKK. Thay vào với: 1 2 0 t = 700 C; t = 400 C; d = 0, 01479kg âm/kg_KKK; n=1; D=-140kJ/kg_âm. Ta có: 1, 004.(70 - 40) + 0, 01479.(2628,94 - (-140)) d2 t = 2573, 68 - (-140) (1 + 1).(2573, 68 - (-140)) 1 - 1.(2628,94 - (-140)) (1 + 1).(2573, 68 - (-140)) = 0, 03807kg_âm/kg_KKK. · Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: I2 t = 1, 004.t 2 + d2 .(2500 + 1,842.t 2 ) = 1, 004.40 + 0, 03807.(2500 + 1,842.40) = 138,15[kJ / kg _ KKK]. · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  2 t = 400 C  là: p = exp[12- 4026,42 ] = exp[12-  4026,42  ] = 0, 07317[Bar]. bh 2 235,5+t 2 235,5+40 · Độ ẩm tương đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy là: 2 t j = d2 .pkq =  0, 03807.0, 981  » 0,78=78%. pbh 2 (0, 621 + d 2 ) 0, 07317.(0, 621 + 0, 03807) Như vậy không khí ra khỏi thiết bị sấy (2t) có t = 400 C; j  =78%; d = 0, 03807[kg _ âm / kg _ KKK]; 2 t 2 t 2t I2t = 138,15[kJ / kg _ KKK]. 3.6.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn (Mt): Không khí sau buồng hòa trộn là trạng thái điểm (Mt) có: · Độ chứa hơi của không khí sau buồng hòa trộn là: d = d0 + n.d2 t = 0, 01479 + 1.0, 03807 = 0, 02643 kg_âm/kg_KKK. Mt 1 + n 1 + 1 · Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: I = I0 + n.I2 t = 60, 70 + 1.138,15 = 99,50 kg_âm/kg_KKK. Mt 1 + n 1 + 1 · Nhiệt độ của không khí sau buồng hòa trộn là: t = IMt - dMt .r = 99, 50 - 0, 02643.2500 » 31, 70 C. Mt C pk + d Mt .Cpa 1, 004 + 0, 02643.1,842 · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  t Mt  = 31, 70 C  là: p = exp[12- 4026,42  ] = exp[12- 4026,42  ] = 0, 04647[Bar]. bhM 235,5+t M 235,5+31,7 · Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là: Mt j = d Mt .pkq =  0, 02643.0,981  » 0,86=86%. pbhM (0, 621 + dMt ) 0, 04647.(0, 621 + 0, 02643) Như vậy không khí sau buồng hòa trộn (M) có: t = 31, 70 C; j  =86%; d = 0, 02643[kg _ âm / kg _ KKK]; Mt Mt Mt IMt = 99,50[kJ / kg _ KKK]. 3.6.3 Thông số của không khí sau Calorifer(đi vào thiết bị sấy)(1t) Không khí sau Calorifer đi vào thiết bị sấy là trạng thái điểm (1t) có: · Độ chứa hơi của không khí sau Calorifer là: d1t = dMt = 0, 02643 kg_âm/kgKKK. · Entanpi của không khí sau buồng hòa trộn là: I1t = 1, 004.t1 + d1t .(2500 + 1,842.t1 ) = 1, 004.70 + 0, 02643.(2500 + 1,842.70) » 140, 0[kJ / kg _ KKK]. · Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ  M t = 700 C  là: p = exp[12- 4026,42 ] = exp[12-  4026,42  ] = 0,30735[Bar]. bh1 235,5+t1 235,5+70 · Độ ẩm tương đối của không khí sau buồng hòa trộn là: 1t j = d1t .pkq =  0, 02643.0,981  » 0,130=13,0%. pbh1 (0, 621 + d1t ) 0,30735.(0, 621 + 0, 02643) Như vậy không khí đi vào thiết bị sấy (1t) có: t = 700 C; j  =13%; d = 0, 02643[kg _ âm / kg _ KKK]; 1t 1t 1t I1t = 140, 0[kJ / kg _ KKK]. 3.7 Lưu Lượng không khí khô thực tế cần dùng 3.7.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy là: L = W d 2t - d1t = 107,5 0, 03807 - 0, 02643  » 9245[kg _ KKK / h]. Với nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy là: tb tb t = 0,5.(70 + 40) = 55,50 C Þ r = 1, 0765 kg_KKK/m3 _KKK. Do đó lưu lượng thể tích không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy là: V = L rtb = 9245 1, 0765  » 8588 m3 / h » 2, 4m3 / s. Do đó tốc độ của TNS trong buồng sấy trong quá trình sấy thực là: L 2, 4m3 / s F wt = = td  2,1m2 » 1,15m / s. Sai khác so với tốc độ giả thiết 1,2m/s không nhiều(khoảng 4%)nên ta chấp nhận kết quả này. 3.7.2 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết là: 0 L = W = 107, 5  » 4623[kg _ KKK / h]. (1+n).(d2t -d1t ) (1 + 1).(0, 03807 - 0, 02643) Với nhiệt độ của của không khí ngoài trời là: 0 t = 230 C Þ r = 1, 202 kg_KKK/m3 _KKK. Do đó lưu lượng thể tích không khí cấp vào cần thiết là: V = L0 0 r = 4623 » 3846 m3 / h. 1, 202 3.8 Nhiệt lượng cần cung cấp cho TNS từ Calorifer Nhiệt lượng cần cung cấp cho HTS(cung cấp qua Calorifer khí - hơi) là: q = I1t - IMt d2 t - dMt = 140, 0 - 99, 50 0, 03807 - 0, 02643  » 3480kJ / kg _ âm. Þ Q=W.q=107,5kg_âm/h.3480kJ/kg_âm=374100kJ/h » 105kW. Bảng cân bằng nhiệt của HTS: STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị [kJ/kg_ẩm] % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2281,0 65,73 2 Tổn thất do TNS q2 957,0 27,59 3 Tổn thất do VLS qV 55,0 1,58 4 Tổn thất do TBTT qTBTT 27,0 0,78 5 Tổn thất ra môi trường qMT 150,0 4,32 6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 3470,0 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3480,0 100 8 Sai số tương đối 0,28 Nhận xét: Qua bảng cân bằng nhiệt ta nhận thấy tổn thất nhiệt do VLS mang đi chỉ chiếm một phần rất nhỏ(khoảng 2%), tổn thất ra môi trường và do thiết bị truyền tải cũng chiếm không đáng kể tổng tổn thất. Tổn thất chủ yếu là do VLS mang đi, vì vậy khi tính toán thực tế ta có thể lấy gần đúng tổng tổn thất này vào khoảng 10%, từ đó đơn giản hóa việc tính toán thiết kế rất nhiều. 3.9 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d Hình 3.7: Sơ đồ công nghệ và các thông số vào ra(sấy thực) Các giá trị lưu lượng TNS vào và ra của HTS ở trên được tính với không khí khô, tuy nhiên với không khí ẩm thì sự sai khác này là không nhiều. Để khắc phục sự sai khác không nhiều đó ta chọn quạt có lưu lượng lớn hơn so với lưu lượng yêu cầu ở trên vào khoảng 5%. Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn quá trình sấy thực CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER - CHỌN QUẠT- CHỌN NỒI HƠI 4.1 Tính toán thiết kế Calorifer Với nguồn năng lượng cung cấp là hơi nước bão hòa do đó ta sẽ thiết kế một Calorifer kiểu khí- hơi ống cánh. Với nước bão hòa ngưng trong ống và TNS là không khí chuyển động bên ngoài cắt các chùm ống nhận nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu. 4.1.1 Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế Calorifer: Với yêu cầu của HTS cần nâng nhiệt độ của TNS sau điểm hòa trộn M từ 31,70C lên đến 700C, do vậy để đảm bảo yêu cầu đặt ra ta chọn nhiệt độ của hơi bão hòa vào là  t W1 = 1000 C. N Do đó nhiệt độ ngưng tụ là t = 1000 C. Áp suất ngưng tụ là  p N = 1at = 1, 0132Bar. Với công suất nhiệt của Calorifer yêu cầu trong quá trình tính toán sấy thực ở trên ta đã có QCalorifer =105kW. Coi hiệu suất của Calorifer là 90% (10% tổn thất là kể đến bám bụi bẩn, vật liệu chế tạo lâu ngày bị ăn mòn… ), do vậy công suất nhiệt mà hơi nước cần truyền cho TNS là: QC =1,1.QCalorifer =1,1.105kW=115,5kW. N Nhiệt ẩn ngưng tụ của hơi nước ở nhiệt độ ngưng r = 2257kJ / kg. Lượng hơi vào Calorifer yêu cầu là: t = 1000 C là G = Qc = 115, 5 = 0, 0512kg / s = 185kg / h. h r 2257 4.1.2 Tính toán thiết kế Calorifer: a) Tính diện tích trao đổi nhiệt F của Calorifer: Chọn ống thép dẫn hơi có d2 = 28mm , ống xếp so le với bước ống d1 26mm ngang S1 = 1,8.d2 » 50mm , bước ống dọc là S1 = 1, 6.d2 » 45mm. Cánh được làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt lC = 110W / m.K . Chiều dày cánh lấy là cánh là SC = 3, 5mm. dC = 1mm. Đường kính cánh là dC = 49mm. Bước Hình 4.1: Dàn ống cánh của Calorifer Ta cần xác định diện tích bề mặt ngoài các ống có cánh là  F2 = QC . F k .Dt 2 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giưã hơi nước ngưng trong ống với không khí chuyển động ngoài ống được biểu diễn trên đồ thị bên cạnh: Với: Dt1 = t N - t M = 100 - 31, 7 = 68,3K. Dt 2 = t N - t1 = 100 - 70 = 30K. Do tỷ số Dt1 Dt 2 = 68, 3 = 2,3 > 1,8 30 Hình 4.2: Đồ thị thay đổi nhiệt độ Vì vậy ta phải tính độ chênh nhiệt độ trung bình Logarith như sau: Dt = Dt1 - Dt 2 ln Dt1 Dt 2 = 68, 3 - 30 = 46, 5K. ln 68,3 30 Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống ( d » 0) là: l  k F2 = 1 . eC + 1 Trong đó: a1 a2 eC : là hệ số làm cánh, với cánh tròn thì được xác định qua biểu thức sau: d 2 - d2 492 - 282 C e = 1 + C 2 = 1 + = 9,885. 2.d1.SC 2.26.3, 5 a1 : là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa hơi ngưng với bề mặt trong của 0,25 æ l3 .r2 .g.r ö ống, được xác định qua biểu thức sau: a1 = 1, 2.a N = 1, 2.ç m.Dt .H ÷ è N ø N Với hơi nước bão hòa ngưng ở nhiệt độ lý của nước ngưng bão hòa như sau: t = 1000 C. ta có các thông số vật l = 68,3.10-2 W/m.K r=2257kJ/kg r=958,5kg/m3  m=282,5.10-6 Ns / m2 . H: Chiều cao của ống. Do Calorifer được bố trí trên kênh dẫn TNS nóng có độ cao là 700mm, nên ta thiết kế Calorifer có chiều cao ống là H = 600mm = 0, 6m. Dt N = t N - t w : Là độ chênh nhiệt độ giữa hơi ngưng với nhiệt độ vách trong của ống, do a1 rất lớn nên Dt N rất nhỏ. Ta giả thiết Dt N = 0, 4K (sau đó ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này). 0,25 3 2 æ 0, 683 .958, 5 .9,81.2257 ö Có: a = 1, 2.ç ÷ = 4464, 5W / m2.K. 1 è 282, 5.10-6.0, 4.0, 6 ø a2 : Hệ số tỏa nhiệt của không khí bên ngoài ống được tính qua biểu thức a2 = aC .hS . Với qua biểu thức: aC là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh, được xác định -0 ,375 a = C. lkk .Re0,625 .æ F2 ö  .Pr 0,33 . C d ç F ÷ 2 è 02 ø · Do ống bố trí so le nên hệ số C lấy bằng: C = 0, 45. · Tiêu chuẩn Reynoild được xác định qua: Re = w.d2 . Tốc độ không n khí tại khe hẹp của cánh được xác định qua biểu thức: w = w0 . 1 - [ d2 + 2.h.dC ] Tốc độ của TNS(không khí) đi vào Calorifer là: V 8588m3 / h 2, 4m3 / s S1 S1.SC w0 = = = F 1, 45x0, 7m 1, 015m2 = 2, 36m / s.. Thay vào ta xác định được: w = 2,36 1 - [ 28 + 2.10,5.1,0 ] 50 45.3, 5  » 7,3m / s. Với nhiệt độ trung bình của không khí qua Calorifer 0 t kk = 0,5.(31, 7 + 70) = 50,8 C. khí như sau: Ta tra ra được các thông số vật lý của không l = 2, 9.10-2 W/m.K r=1,06kg/m3 n=18,97.10-6m2 / s Pr=0,696. Do vậy: Re = w.d2 n  = 7,3.0, 028 18,97.10-6  = 10, 78.103. · F02 : Là diện tích bề mặt ống trơn không cánh với chiều dài 0,6m: 2 F02 = p.d2 .l = p.0, 028.0, 6 = 0, 0528m . Số cánh trên chiều dài 0,6m ống được là: C n = l = 600mm » 170 Cánh/1ống. SC 3, 5mm Diện tích phần ống trơn không phủ cánh là: 2 F0 = p.d 2.t.n C = p.0, 028.0, 0025.170 = 0, 0378m . Diện tích cánh: 2 2 2 2 æ p.d p.d ö F = 2. C - 2 .n æ p.0, 049 = 2. - p.0, 028 ö .170 = 0, 4368m2 . C ç 4 4 ÷ C ç 4 4 ÷ è ø è ø · Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của ống với dòng không khí chuyển động cắt ngang qua là: F = F + F = 0, 0528 + 0, 4368 = 0, 4896m2 . 2 02 C Vì vậy là hệ số tỏa nhiệt của không khí với cánh  aC là: -2 a = 0, 45. 2, 9.10  -0 ,375 ç ÷ .(10, 78.103 )0,625 .æ 0, 4896 ö  .0, 6960,33 » 59, 0W / m2 .K. C 0, 028 è 0, 0528 ø FC hS : Là hệ số hiệu quả làm cánh hS = 1 - (1 - hC ). . F2 Tỷ số  FC = 0, 4368 » 0,88. F2 0, 4869  dC 49 Hiệu suất cánh hC được tra trên đồ thị theo = = 1, 75 , và tích số d2 28 b.h với: b =  2.aC = lC .dC  2.59, 5 110.0, 001  » 32,9. Þ b.h = 32, 9.0, 0105 » 0,35 . Tra ra ta được hC = 0,92. Do vậy: 2 hS = 1 - (1 - 0, 92).0,88 = 0, 93. Þ a2 = aC .hS = 59.0, 93 = 54,8W / m .K Ta kiểm tra lại giả thiết về  Dt N = 0, 4K do  Dt N  phải thỏa mãn a1Dt N = a2 .Dt kk  Coi  Dt kk = Dt = 46,5K  nên ta có Dt N = a2 .Dt kk a1 = 54,8.46, 5 = 0,55 (sai lệch so với 4464,5  Dt N  = 0, 4K không nhiều nên ta chấp nhận kết quả này ). Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngoài có cánh F2 được tính khi bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống ( d » 0) là: l k = 1 = 1  = 48,8W / m2 .K. F2 e 1 9, 985 1 C + + a1 a2 4464, 4 54,8 Khi kể tới bám bụi bẩn ở cánh cũng như đóng cặn của hơi nước bên trong ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn F F k t = k .j = 48,8.0,85 = 41, 5W / m2 .K. 2 2 j = 0,85 là: Do vậy diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngoài của cánh là: 3 F2 = QC k t .Dt = 115,5.10 41, 5.46, 5  » 60m2 . F2 kk Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt trong của các ống là: 1 F = F2 eC = 60 9,885  » 6,1m2 . b) Tính thiết kế kích thước hình học của Calorifer: Với chiều cao ống hay chiều dài ống đã chọn ở trên là H = l = 0, 6m ta có tổng số các ống n là:  n = F1 = p.d1.l  6,1 p.0, 026.0, 6  = 124, 5 » 125 (ống). Do giới hạn chiều rộng của kênh dẫn TNS để đặt Calorifer là 1450mm nên ta chọn số ống trên một hàng tối đa sao cho không vượt quá kích thước trên, cụ thể với đường kính của cánh là 49mm nên ta có thể bố trí được số ống trong một dãy ống là: m = 1450mm / 49mm = 29,5 (ống) ta chọn m = 25 (ống/1dãy). Số dãy ống dễ dàng xác định được qua tổng số ống và số ống trên mỗi hàng là: z = n = 125 = 5 (dãy ống). m 25 Ở phía 2 đầu của chùm ống có đặt các ống góp hơi và ống góp lỏng. Ta lựa chọn đường kính của 2 ống góp này có đường kính trong và đường kính ngoài lần lượt là: di = 100mm; d0 = 105mm . c) Tính toán tổn thất áp suất(trở lực) của dòng không khí(TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer: Trở lực của không khí bao gồm trở lực ma sát và trở lực cục bộ được tính gần đúng theo quan hệ sau: Trong đó: Z: Số hàng ống, ở đây Z = 5. w2 Dp = x.r. .Z 2 w : Tốc độ của dòng không khí qua khe hẹp của Calorifer, ở đây w = 7,3m / s. r : Khối lượng riêng của không khí, ở đây  r = 1, 06kg / m3. x : Hệ số trở lực, với chùm ống so le được xác định gần đúng qua biểu thức sau: x = 0, 72.Re-0 ,245 .æ S1 - d 2 + 2 ö 0,9 0 ,9 æ S - d ö . 1 2  æ S - d ö . 1 2 -0,4 ç ÷ ç ÷ ç ÷ è SC ø è d2 ø è S2 - d 2 ø 0,9 0 ,9  -0 ,4 x = 0, 72.(10, 78.103 )-0 ,245 .æ 50 - 28 + 2 ö .æ =50 - 28 ö .æ =50 - 28 ö ç 3, 5 ÷ ç 28 ÷ ç 45 - 28 ÷ Þ x = 0, 36. è ø è ø è ø w2 7, 32 Thay vào ta có: Dp = x.r. .Z = 0,36.1, 06. .5 » 60Pa. 2 2 d) Bản vẽ thể hiện Calorifer(chi tiết trong bản vẽ KTS- No.04): 4.2 Tính toán chọn quạt: Để lựa chọn được quạt đáp ứng được yêu cầu làm việc của HTS ta cần xác định được Lưu lượng V và cột áp Dp . 4.2.1 Lưu lượng quạt: Quạt được bố trí trên kênh dẫn TNS sau điểm hòa trộn (M), có lưu lượng qua quạt là(ta lấy dư là 5%) V = 1, 05.8588 m3 / h » 9000m3 / h. 4.2.2 Cột áp của quạt(tổng trở lực mà quạt cần khắc phục): Tổng trở lực của hệ thống mà quạt cần khắc phục được tính qua biểu thức sau: Trong đó: Dp = å Dpcb + å Dpms + å Dphh + DpCalorifer . · Dpcb : Là trở lực cục bộ, xảy ra tại những vị trí mà dòng TNS bị chuyển hướng, đột mở hoặc đột thu…Được xác định qua biểu thức: w2 æ  t[0C] ö Dpcb = xcb .r0 . 2 .ç1 +  273 ÷ Pa . è ø Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn là  0 r = 1, 293kg / m3 . · Dpms : Là trở lực ma sát, xảy ra dọc theo kênh dẫn TNS, phụ thuộc vào độ nhám bề mặt của kênh dẫn…Được xác định qua biểu thức: L w2 æ  t[0C] ö Dpms = lms . d r0 . 2 .ç1 +  273 ÷ Pa . td è ø Đường kính tương đương của kênh dẫn được xác định qua biểu thức: 0,25 d = 4F . Hệ số trở lực ma sát æ K ö l = 0,11.  , độ nhám mặt trong tường td U ms ç d è ÷ td ø lấy là K = 5mm = 0, 005m. · Dphh : Là trở lực hình học, do trọng lượng của dòng không khí gây ra, phụ thuộc vào hướng chuyển động của dòng TNS. Giá trị của Dphh lấy dấu “+” nếu dòng TNS đi từ trên xuống dưới và lấy dấu “-” trong trường hợp ngược lại. Được xác định qua biểu thức: æ 1 Dp = ±H.g.r - 1 ö Pa. è t mt ø hh 0 ç + 273 t + 273 ÷ · DpCalorifer : Là trở lực qua Calorifer, đã xác định được ở trên là DpCalorifer = 60Pa. Cöa Giã th¶i ra ngoµi Giã t­¬i ngoµi trêi t= 23,0 0C F A Cöa Giã håi Qu¹t h­íng trôc t= 31,7 0C B Calorifer khÝ - h¬i C t= 70,0 0C t= 40,0 0C E cöa vµo xe goßng t= 70,0 0C D cöa ra xe goßng Hình 4.3: Phân bố các loại trở lực trong hệ thống Sấy Ta xác định lần lượt các trở lực trên như sau: a) Tổng trở lực cục bộ å Dpcb : å Dpcb = Dpcb  + Dpcb  + Dpcb  + Dpcb  + Dpcb ( A ) ( B) ( D ) ( E ) ( F) Ta có bảng kết quả tính toán như sau: Điểm nút x Tốc độ w[m/s] Nhiệt độ t[0C] Trở lực cục bộ Dpcb[Pa] (A) 0,30 1,65 31,7 0,60 (B) 0,25 2,35 31,7 1,00 (D) 0,25 1,65 70,0 0,55 (E) 0,25 2,05 40,0 0,78 (F) 0,30 6,95 40,0 10,75 Tổng trở lực cục bộ å Dpcb 13,68 b) Tổng trở lực hình học å Dphh : å Dphh = Dphh  + Dphh ( AB) ( EF) Ta có bảng kết quả tính toán như sau: Đoạn Chiều cao H[m] Nhiệt độ t[0C] Trở lực hình học Dpms[Pa] (AB) 2,8 31,7 +3,5.10-3 (CD) 2,8 40,0 -6,5.10-3 Tổng trở lực hình học å Dphh -3,0.10-3 c) Tổng trở lực ma sát å Dpms : å Dpms = Dpms  + Dpms  + Dpms  + Dpms ( AB) ( CD ) ( DE ) ( EF) Ta có bảng kết quả tính toán như sau: Đoạn lms L[m] dtđ w[m/s] t[0C] Trở lực ma sát Dpms[Pa] (AB) 0,30 2,8 1,18 1,65 31,7 1,40 (CD) 0,25 9,0 0,95 2,35 70,0 10,62 (DE) 0,25 10,5 1,61 1,1 55,5 1,54 (EF) 0,25 3,8 1,03 2,05 40,0 2,87 Tổng trở lực ma sát å Dpms 16,42 Do vậy tổng trở lực mà quạt cần khắc phục của hầm sấy là: Dp = 13, 68 + 16, 42 + (-3, 0.10-3 ) + 60 » 90Pa . 4.2.3 Chọn quạt và tính công suất điện tiêu thụ của quạt: Với yêu cầu của quạt cần chọn đảm bảo Lưu lượng và cột áp là V = 9000m3 / h; Dp=90Pa. Sử dụng phần mềm chọn quạt của hãng Fantech [4] ta lựa chọn được quạt có thông số như sau: Hình 4.4: Kết quả chọn quạt bằng phần mềm FansTech Các thông số của quạt chọn được gồm: · Model: SCE564 · Lưu lượng: 2,5m3/s(9000m3/h) · Cột áp: 90Pa · Nhiệt độ không khí làm việc: 32 0C · Độ cao lắp quạt: 3m · Đường kính đầu đẩy: 560mm · Tốc độ cánh quạt: 22vòng/s (1320 vòng/phút) · Trọng lượng: 22kg · Công suất động cơ: 0,75kW(1HP) · Nguồn điện cung cấp: 220-240V/50Hz · Động cơ có 4 cực(2 cặp cực) 4.3 Tính chọn nồi hơi: Với yêu cầu của Calorifer hơi vào có nhiệt độ bão hòa 1000C(áp suất bão hòa tương ứng là 1,0132Bar), lưu lượng hơi vào là 185kg/h. Ta lựa chọn nồi hơi của hãng NỒI HƠI ĐÔNG ANH [5] ra được loại nồi đáp ứng được các yêu cầu trên như sau: Các thông số kỹ thuật của nồi hơi như sau: Loại nồi NHOL kiểu đứng NHOL 0.5/8 Năng suất sinh hơi D[kg/h] 500 Áp suất làm việc p[Bar] 8 Nhiệt độ bão hòa t[0C] 173 Loại nhiên liệu Than (Để có được nhiệt độ(áp suất) cũng như sản lượng hơi ra ta cần bố trí các loại van điều chỉnh áp suất, điều chỉnh lưu lượng hơi để đáp ứng đúng yêu cầu mong muốn). Hình 4.5: Hình ảnh lò hơi NHOL 0,5/8 4.4 Các bản vẽ chi tiết chế tạo, xây lắp và thi công: Toàn bộ các bản vẽ chi tiết của từng thiết bị(Khay sấy, xe goòng, Calorifer), bản vẽ mặt bằng xây dựng cũng như kết cấu của hầm sấy được cho trong các bản vẽ KTS- No.01, KTS- No.02, KTS- No.03 và KTS- No.04, bản report của việc chọn quạt hãng Fantech đều được đính kèm trong phần cuối của bản Đồ án. -------------------------o0o-------------------------- Kết luận: Sau khi tính toán và thiết kế chi tiết hệ thống sấy để đáp ứng yêu cầu sấy Cá với sản lượng 3tấn/ngày, địa điểm xây lắp tại tỉnh Thanh hóa. Các thiết bị được lựa chọn đều được tính dư ra để đảm bảo các điều kiện làm việc, vận hành thay đổi…Kết cấu xây dựng của hầm sấy trên thực tế khi thi công có thể phát sinh dẫn đến các kích thước hình học có thể sai lệch, tuy nhiên các sai lệch này là không nhiều vì vậy kết quả tính toán hoàn toàn đáp ứng được cho việc xây lắp. All right reserved, Copyright © by Đặng Hồng Chuyên, October, 2009 Tài liệu tham khảo: [1]. Tính toán và thiết kế hệ thống Sấy- PGS. TSKH. Trần Văn Phú, NXB Giáo dục 2005. 2]. Kỹ thuật Sấy - PGS. TSKH. Trần Văn Phú, NXB Giáo dục 2008. [3]. Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt - PGS. Bùi Hải, NXB Giao thông Vận tải 2008. [4] Hệ thống cung cấp nhiệt- PGS. Hoàng Văn Chước, NXB Bách khoa- Hà nội, 2006. [5]. Phần mềm Fans by Fantech Ver 4.0.0 – Fantech Cooperation. Copyright Ó 2004. [6]. Catalogue Nồi hơi Đông Anh. [7]. … Mục lục Trang Lời nói đầu...................................................................................................... 4 Chương I: Tìm hiểu tính chất và tổng quan về công nghệ sấy Cá ............... 5 1.1 Tính chất của Cá:................................................................................ 5 1.2 Tổng quan về công nghệ sấy Cá: ........................................................ 5 1.2.1 Tình hình sấy thủy sản ở nước ta hiện nay: ..................................6 1.2.2 Công nghệ sấy Cá: ....................................................................... 6 Chương II: Phân tích, lựa chọn phương pháp, dạng và chế độ Sấy ............ 8 2.1 Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế: ................................................... 8 2.1.1 Lượng ẩm cần bay hơi tính theo giờ: ........................................... 8 2.1.2 Lựa chọn phương pháp Sấy: ........................................................ 8 2.1.3 Chọn chế độ Sấy: ......................................................................... 8 2.1.4 Sơ đồ công nghệ của hệ thống Sấy:.............................................. 9 Chương III: Tính toán cân bằng Nhiệt ẩm của hệ thống Sấy ..................... 10 A- Quá trình sấy lý thuyết..................................................................... 10 3.1 Các thông số của không khí trong hệ thống: ...................................... 10 3.1.1 Thông số của không khí ngoài trời:............................................. 10 3.1.2 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy(thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn): .............................. 10 3.1.3 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn: .............................. 12 3.1.4 Thông số của không khí sau Calorifer(đi vào thiết bị sấy): ......... 13 3.2 Lưu lượng không khí khô lý thuyết: .................................................. 13 3.2.1 Lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy: ....13 3.2.2 Lượng không khí khô ngoài trời lý thuyết cấp và cần thiết: ........ 13 3.3 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d: ................. 14 3.4 Xác định kích thước của thiết bị sấy(Khay sấy, Xe goòng, Hầm sấy):15 3.4.1 Kích thước của khay sấy: ............................................................ 15 3.4.2 Kích thước của xe goòng: ........................................................... 16 3.4.3 Kích thước của hầm sấy:............................................................. 17 B- Quá trình sấy thực ............................................................................ 18 3.5 Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống Sấy: ....................................... 18 3.5.1 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi: ................................................ 18 3.5.2 Tổn thất do thiết bị truyền tải:..................................................... 19 3.5.3 Tổn thất qua kết cấu bao che:...................................................... 20 3.6 Tính toán quá trình sấy thực: ............................................................. 22 3.6.1 Thông số của không khí sau Thiết bị sấy(thông số không khí thải ra ngoài, cũng như không khí hồi lưu lại buồng hòa trộn): .............................. 22 3.6.2 Thông số của không khí sau buồng hòa trộn: .............................. 23 3.6.3 Thông số của không khí sau Calorifer(đi vào thiết bị sấy): ......... 24 3.7 Lưu lượng không khí khô thực tế:...................................................... 24 3.7.1 Lượng không khí khô thực tế lưu chuyển trong thiết bị sấy: ....... 24 3.7.2 Lượng không khí khô ngoài trời thực tế cấp vào cần thiết:.......... 25 3.8 Nhiệt lượng cần cung cấp cho TNS từ Calorifer: ............................... 25 3.9 Biểu diễn các thông số trạng thái của TNS trên đồ thị I-d: ................. 26 Chương IV: Tính toán các thiết bị phụ, thiết kế Calorifer- chọn quạt- chọn nồi hơi ...................................................................................................27 4.1 Tính toán thiết kế Calorifer:............................................................... 27 4.1.1 Các thông số cơ bản yêu cầu để thiết kế Calorifer:...................... 27 4.1.2 Tính toán thiết kế Calorifer: ........................................................ 27 4.2 Tính toán chọn quạt: .......................................................................... 33 4.2.1 Lưu lượng quạt: .......................................................................... 33 4.2.2 Cột áp của quạt(tổng trở lực quạt cần khắc phục): ...................... 33 4.2.3 Chọn quạt và tính công suất điện tiêu thụ của quạt: .................... 35 4.3 Tính toán nồi hơi: .............................................................................. 35 4.4 Các bản vẽ chi tiết chế tạo, xây lắp và thi công..................................37 Kết luận: ........................................................................................................ 37 Các bản vẽ đính kèm ....................................................................................... Tài liệu tham khảo: ....................................................................................... 38 Mục lục: ......................................................................................................... 39