Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải năng suất 100 kgh Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải năng suất 100 kgh Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải năng suất 100 kgh Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải năng suất 100 kgh Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải năng suất 100 kgh Việt Nam là một nước nông nghiệp với nhiều loại cây trồng mang giá trị kinh tế cao, chất lượng cạnh tranh được với các nước khác. Tuy nhiên ngành công nghiệp chế biến còn nhiều hạn chế dẫn đến chất lượng sản phẩm không được cao gây lãng phí. Trong đồ án này đề cập đến việc bảo quản chè sử dụng phương pháp sấy. Với điều kiện khí hậu thuận lợi cũng như tập tục uống chè từ lâu đời, cùng với nhiều nghiên cứu về lợi ích mà chè mang lại ngày càng yêu cầu số lượng và chất lượng của mặt hàng này. Để có được thời gian bảo quản lâu dài, đồng thời giá trị của sản phẩm được cao hơn thì đã ra đời rất nhiều phương pháp chế biến khác nhau nhằm phục vụ nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng. Với chè, việc áp dụng phương pháp sấy là khá phổ biến, ngày xưa, người nông dân đã biết lợi dụng năng lượng tự nhiên đó là ánh sáng mặt trời để làm khô chè, với sự phát triển của khoa học, giúp con người không phụ thuộc vào thiên nhiên, nâng cao năng suất thiết bị sấy chè đã ra đời.
LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam nước nông nghiệp với nhiều loại trồng mang giá trị kinh tế cao, chất lượng cạnh tranh với nước khác Tuy nhiên ngành cơng nghiệp chế biến cịn nhiều hạn chế dẫn đến chất lượng sản phẩm không cao gây lãng phí Trong đồ án đề cập đến việc bảo quản chè sử dụng phương pháp sấy Với điều kiện khí hậu thuận lợi tập tục uống chè từ lâu đời, với nhiều nghiên cứu lợi ích mà chè mang lại ngày yêu cầu số lượng chất lượng mặt hàng Để có thời gian bảo quản lâu dài, đồng thời giá trị sản phẩm cao đời nhiều phương pháp chế biến khác nhằm phục vụ nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng Với chè, việc áp dụng phương pháp sấy phổ biến, ngày xưa, người nông dân biết lợi dụng lượng tự nhiên ánh sáng mặt trời để làm khô chè, với phát triển khoa học, giúp người không phụ thuộc vào thiên nhiên, nâng cao suất thiết bị sấy chè đời Trong công nghiệp, thiết bị sấy kiểu băng tải ngày phổ biến đáp ứng suất tính tự động hóa cao Phương pháp sấy sử dụng rộng rãi không với chè mà nhiều sản phẩm khác rau củ, quả, dược phẩm,… Mục tiêu giải yêu cầu công nghệ phương chè đen Yêu cầu giải toán đề “Thiết kế thiết bị sấy chè dạng băng tải suất 100 kg/h” Em cam kết thực với trung thực cao LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu trình sấy 1.1.1 Khái niệm .4 1.1.2 Phân loại .4 1.2 Tổng quan nguyên liệu sấy chè 1.2.1 Điều kiện tự nhiên đặc điểm sinh thái, sinh sản chè Thái Nguyên [10] 1.2.2 Các thành phần có chè 1.2.3 Vai trò nghành chè 1.3 Công nghệ thiết bị thực 1.3.1 Công nghệ thiết bị thực 1.3.2 Chọn thiết bị sấy 10 1.3.3 Chọn phương thức sấy tác nhân sấy 11 1.4 Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải 11 1.4.1 Sơ đồ hệ thống sấy băng tải 11 1.4.2 Thuyết minh quy trình 12 2.1 Các thông số ban đầu 13 2.1.1 Xác định lượng ẩm bốc 13 2.1.2 Tính tốn thơng số tác nhân sấy 14 2.1.3 Nhiệt độ điểm sương 16 2.2 Cân bằn vật liêu 16 2.2.1 Cân vật liệu cho vật liệu sấy 16 2.2.2 Cân vật liệu cho tác nhân sấy 17 3.1 Tính tốn thiết bị 19 3.1.1 Thể tích khơng khí 19 3.1.2 Chọn kích thước băng tải 20 3.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy 21 3.1.4 Vận tốc chuyển động khơng khí chế độ chuyển động khơng khí phòng sấy: 23 3.1.5 quanh 3.2 Hiệu số nhiệt độ trung bình tác nhân sấy môi trường xung 23 Tổn thất nhiệt lượng: 24 3.2.1 Lượng nhiệt tổn thất vật liệu sấy mang ra: 24 3.2.2 Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh 24 Tổn thất qua tường 24 Tổn thất qua trần 29 Tổn thất qua cửa 29 Lượng nhiệt tổn thất qua 30 3.3 Các thông số đường sấy thực tế không hồi lưu 30 3.3.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế .30 3.3.2 Các thơng số q trình sấy thực: 30 3.4 Cân nhiệt lượng 31 3.4.1 Nhiệt lượng tác nhân sấy mang vào: .32 3.4.2 Lượng nhiệt tổn thất trình: 32 4.1 Caloriphe 33 4.1.1 4.2 Chọn tính kích thước ống truyền nhiệt 33 Tính tốn 34 4.2.1 Tính tốn ống truyền nhiệt 34 4.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ mặt ống khỏi khơng khí 35 4.2.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt: 38 4.2.4 Tính kích thước caloripher 38 Chương I: Tổng quan 1.1 Giới thiệu trình sấy 1.1.1 Khái niệm Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu Vật liệu sấy dạng rắn ẩm, bột nhão hay chất lỏng Kết trình sấy hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Điều có ý nghĩa quan trọng việc bảo quản sản phẩm lương thực, thực phẩm thời gian dài, tăng độ bền học sản phẩm gốm sứ… Sau sấy, vật liệu giảm khối lượng, thể tích nên góp phần làm giảm giá thành vận chuyển 1.1.2 Phân loại Quá trình sấy chia làm phương thức: Sấy tự nhiên sấy nhân tạo * Sấy tự nhiên: tiến hành bay lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió… (gọi q trình phơi hay sấy tự nhiên) Phương pháp đỡ tốn nhiệt năng, không chủ động điều chỉnh vận tốc trình theo yêu cầu kỹ thuật, suất thấp, thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu… * Sấy nhân tạo: thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia nhiều dạng: - Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy khơng khí nóng, khói lị,… - Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn - Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu 1.2 Tổng quan nguyên liệu sấy chè 1.2.1 Điều kiện tự nhiên đặc điểm sinh thái, sinh sản chè Thái Nguyên [10] Thái Nguyên tỉnh thuộc vùng trung du miền núi Bắc Bộ, vùng nằm ranh giới miền núi miền đồng Bắc Bộ bao gồm tỉnh Phú Thọ, Hồ Bình, Vĩnh Phú, Thái Nguyên, Hà Tây Hà Nội Với diện tích tự nhiên 3.541,1km2, chiếm 1,08% diện tích 1,34% dân số nước Thái Nguyên đầu mối giao lưu kinh tế thủ đô Hà Nội với tỉnh phía Bắc có vị trí quan trọng phát triển kinh tế, văn hoá xã hội đất nước Đặc biệt Thái Nguyên có vị trí điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc trồng phát triển chè * Điều kiện đất đai Đất vùng chè trung du Bắc Bộ chủ yếu feralit phân bố địa hình đồi núi, chia cắt mạnh gồm loại sau: - Đất phát triển phiến thạch sét Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hồ Bình, Thái Ngun - Đất phát triển phiến thạch gneiss mica Phú Hộ - Đất nâu đỏ Thái Nguyên - Đất nâu đỏ phù sa cổ Thái Nguyên, Phú Thọ, Hà Tây, Hà Nội - Đất vàng nhạt phát triển đá cát Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Tam Đảo, Hà Tây, Hà Nội Hình 1.1: Vùng chè Thái Nguyên 1.2.2 Các thành phần có chè * Thành phần hóa học [11]: Với thâm nhập trà vào phương Tây, thành phần hóa học chè bắt đầu nghiên cứu từ năm 1827 (Oudry) Đến nay, người ta phát thành phần chè có 13 nhóm gồm 120-130 hoạt chất khác nhau: Nhóm chất đường: glucoza, fructoza, tạo giá trị dinh dưỡng mùi thơm chế biến nhiệt độ cao Nhóm tinh dầu: metyl salixylat, citronellol, tạo nên hương thơm riêng loại chè, chịu ảnh hưởng khí hậu, loại đất quy trình chế biến Nhóm sắc tố: chất diệp lục, caroten, xanthophin, làm cho nước chè từ màu xanh nhạt đến xanh lục sẫm từ màu vàng đến đỏ nâu nâu sẫm Nhóm axít hữu cơ: gồm 8-9 loại khác nhau, có tác dụng tăng giá trị mặt thực phẩm có chất tạo vị Nhóm chất vơ cơ: kali, phốtpho, lưu huỳnh, flo,magiê, canxi, Nhóm vitamin: C, B1, B2, PP,…: hầu hết tan nước, người ta nói nước chè có giá trị thuốc bổ Nhóm glucozit: góp phần tạo hương chè làm cho nước chè có vị đắng, chát màu hồng đỏ Nhóm chất chát (tanin): chiếm 15%-30% chè, sau chế biến trở thành vị chát… Nhóm chất nhựa: đóng vai trị tạo mùi thơm giữ cho mùi khơng nhanh (chất quan trọng việc chế biến trà rời thành trà bánh) Nhóm chất keo (petin): giúp bảo quản trà lâu có tính khó hút ẩm Nhóm ancal: cafein, theobromin, theophylin, adenin, guanin, Nhóm protein axit amin: tạo giá trị dinh dưỡng hương thơm cho chè Nhóm enzim: chất xúc tác sinh học quan trọng trình biến đổi thể sống * Thành phần sinh hóa[12]: Bảng 1.1: Thành phần sinh hóa chè STT Thành phần Hàm lượng (%) hóa học Vai trò Nước ảnh hưởng biến đổi sinh Nước 75-82 Tanin Phân tử lượng: tan este 320-360; tan nước 420450 hóa búp chè, đến hoạt động men trì sống Tanin giữ vai trò chủ yếu việc tạo thành màu sắc, hương vị chè Thái Nguyên Có khả kết hợp với tanin để Ancaloit tạo thành hợp chất tanat cafein có 3-5 hương vị dễ chịu Protein trực tiếp kết hợp với tanin, polifenol tạo hợp chất không tan làm ảnh hưởng xấu đến Protein acid amin phẩm chất chè 4-5 Các axít amin kết hợp với đường tanin tạo thành andehit có mùi thơm chè Glucid Rất pectin Diệp lục sắc tố khác gần Dầu thơm Vitamin Men Đường tác dụng với protein axít amin tạo nên chất thơm Pectin tham gia vào việc tạo thành hương vị chè Gây cho sản phẩm có mà xanh, mùi hăng, vị ngái Ảnh hưởng đến hưởng vị 0.007-0.009% chè A, B1, B2, C, PP… Quyết định chiều hướng phát triển phản ứng hóa học Làm thay đổi trạng thái keo Chè tươi: 4-5% 10 Chất tro Có giá trị dược liệu dinh dưỡng cao ảnh hưởng trực tiếp đến trao đổi chất tế bào Chè khô: 5-6% 1.2.3 Vai trò nghành chè * Về phương diện kinh tế Ở nước ta, thu nhập từ ngành chè hàng năm chiếm 0,2% tổng thu nhập quốc dân chiếm trung bình khoảng 1,51% tổng kim ngạch xuất hàng nông sản Việt Nam hàng năm - Ngành chè thúc đẩy q trình cơng nghiệp hố - đại hoá * Về phương diện văn hoá - xã hội Phát triển ngành chè góp phần giữ gìn sắc văn hoá dân tộc Phát triển ngành chè góp phần xóa đói giảm nghèo, giải cơng ăn việc làm cho người lao động, giảm tỷ lệ thất nghiệp * Về phương diện môi trường Sự phát triển ngành chè giúp phủ xanh đất trống, đồi trọc bảo vệ mơi trường, chống xói mịn Trồng chè kỹ thuật tạo thảm thực vật có tác dụng phủ xanh đất dốc đồi núi trọc, xây dựng bảo vệ môi trường sinh thái 1.3 Công nghệ thiết bị thực 1.3.1 Công nghệ thiết bị thực Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học – công nghệ, thiết bị sấy sử dụng rộng rãi với quy mô công nghiệp, thiết bị ngày tân tiến đại phù hợp với nhu câu cung ứng thị trường Bảng 1.2: Các kiểu thiết bị sấy STT Kiểu thiết bị sấy Cách làm việc Buồng sấy Chu kỳ Hầm sấy Tháp sấy Thùng quay Sấy khí động Băng tải Liên tục Liên tục Liên tục chu kỳ Sản phẩm sấy Mảng gỗ nhỏ, rau quả, gạch… Liên tục Nhiệt độ môi chất sấy: 60 2500C q = 6000-10000 (kJ/kg) Nhiều loại sản phẩn Nhiệt độ môi chất sấy: 50 1300C q = 5000-8000 (kJ/kg ẩm) Muối, quặng, Nhiệt độ môi chất sấy: 60 1800C q = 5000-6500 ngũ cốc… Vật liệu dạng hạt, than cát, ngũ cốc… Vật liệu dạng Liên tục Chế độ sấy tiêu hoa riêng nhiệt hạt, than cám, chất kết tinh Tre, len dạ, rau quả… (kJ/kg ẩm) Nhiệt độ môi chất sấy: Than: 650 - 8500C Ngũ cốc: 60 - 1200C Năng suất bốc ẩm: A= 50 – 150 (kg ẩm/m h) q = 3500-5000 (kJ/kg ẩm) Tốc độ khí: 10-40 (m/s) = 4200-6700 (kJ/kg ẩm) q Nhiệt độ môi chất sấy: 60 1700C q= 5000-7500 (kJ/kg) Khi t = 130 – 1500C Sữa, trứng Sấy phun Liên tục loại dung dịch khác A = - (kg ẩm/m3h t = 300 – 4000C A = - 12 (kg ẩm/m3h) t = 500 – 7000C A = 15 - 25 (kg ẩm/m3h) Sấy tầng Liên tục hay Vật liệu có độ ẩm cao, bột sôi chu kỳ nhão, hạt kết tinh… Cường độ bốc ẩm: A= 100 – 3000 (kg ẩm/m3h) q = 3000-12000 (kJ/kg ẩm) 1.3.2 Chọn thiết bị sấy Với đặc tính yêu cầu chè ta nên chọn sấy hầm với thiết bị vận chuyển băng tải cho việc sản xuất trà đen Hình 1.2: Thiết bị sấy kiểu băng tải 10 𝛾𝑚 =19,0210-6 m2/s Chuẩn số Gratket: Đặc trưng cho tác dụng tương hổ lực ma sát phân tử lực nâng chênh lệch khối lượng riêng điểm có nhiệt độ khác dịng Ký hiệu: Gr Gr = 𝑔×𝐻𝑝ℎ ×𝛥𝑡1 𝛾𝑚 ×𝑇 (Cơng thức V.39/trang 13,[3]) g gia tốc trọng trường g=9.8 m/s2 Với: Hph: Chiều cao phòng sấy 𝛥𝑡1 = ttb - tT1= 67,5-57 = 10,5 0C T=tm +273=62,25+273= 335,250K Suy ra: Gr = 9,8×1,33 ×10,5 (19,02×10−6 )2 ×335,25 = 1,864109 Mà chuẩn số Nuxen: Nu = 0,47Gr0,25 (Công thức V.78/trang 24,[3]) Suy ra: Nu = 0,47(1,864109)0,25 = 97,65 Hơn nữa, Nu = Suy 𝛼1 // = H𝛼1 ’’ λm Nu λm Hph = 97,65 2,9210-2 = 1,4257 (W/m2 độ) Từ đó: 𝛼1 = k (𝛼1’+ 𝛼1’’) = 1,25(5,13 + 1,4257) = 8,19 (W/m2 độ) Tính 𝛼2 Hệ số cấp nhiệt bề mặt ngồi máy sấy đến mơi trường xung quanh 𝛼2 = 𝛼2’ + 𝛼2’’ (Công thức V.134/trang 41,[3]) Với: 𝛼2’: Hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên 𝛼2’’: Hệ số cấp nhiệt xạ Ta có nhiệt tải riêng khơng khí từ phịng sấy đến mơi trường xung quanh: q1 = 𝛼1 ∆t1 = 8,19 10,5 = 85,995 (kJ/kg ẩm) Trong trình truyền nhiệt ổn định : q1 = 𝑡𝑇1 −𝑡𝑇2 𝛿 ∑3𝑖=1 𝑖 (Công thức V.2/trang 3,[3]) 𝜆𝑖 26 ∑3𝑖=1 Mà: 𝛿𝑖 = 𝜆𝑖 𝛿1 𝜆1 + 𝛿2 𝜆2 + 𝛿3 (Công thức V.4/trang 3,[3]) 𝜆3 Ở đây: 𝛿1 ,𝛿2 , 𝛿3 : bề dày lớp tường (m) λ 1, λ 2, λ : Hệ số dẫn nhiệt tương ứng ( W/m độ) 𝛿 1= 𝛿 2= 0,01 m Bề dày lớp vữa có λ1, λ2 = 1,2 ( W/m.độ) 𝛿 = 0,2 Bề dày viên gạch có λ3 = 0,77 ( W/m.độ) 𝛿 0,01 𝜆𝑖 1,2 Vậy: ∑3𝑖=1 𝑖= + 0,01 1,2 + 0,2 0,77 = 0,2764 (m2.độ/ W) Từ đó: tT1 – tT2 = q1 ∑3𝑖=1 𝛿𝑖 𝜆𝑖 = 85,995 0,2764 = 23,77oC tT2: Nhiệt độ tường ngồi phịng sấy, oC tT2 = tT1 – 23,77 = 57 – 23,77= 33,23oC Nhiệt độ biên giới lớp tường ngồi phịng sấy khơng khí ngồi trời Tbg = tT2 +23 = 33,23+23 = 28,115oC Tra bảng I.255, trang 318 – st1), nhiệt độ Tbg ta tính : λ bg = 2,6510-2 (W/m.K) 𝛾 bg = 15,00510-6 (m2/s) Nhiệt độ tường ngồi nhiệt độ khơng khí có độ lệch: ∆t2 = tT2 – tkk = 33,23 – 23 = 10,23oC Chuẩn số Gratkev: g H3ph β ∆t2 Gr = (γbg) (CT V.39, trang 13 – st2) Với 𝛽: Hệ số giãn nở 𝛽= 𝑇𝑏𝑔 = Thay số: Gr = 28,115+273 = 3,32 10-3 9,8 1,33 3,32 10-3 10,23 (15,00510-6 ) = 3,2478109 27 Chuẩn số Nuxen: Nu = 0,47 Gr0,25 = 0,47 (3,2478109)0,25 =112,2(Công thức V.78/trang 24,[3]) Suy ra: 𝛼2’ = Nu λ Hng = 112,2 0,0265 1,4 = 2,13(W/m2 độ) Hệ số cấp nhiệt xạ: - Hệ số cấp nhiệt xạ 𝛼 // 𝛼 // = 𝜀𝑛 ×𝐶𝑜 𝑡𝑇2 −𝑡𝑘𝑘 × [( 𝑇1 100 ) −( 𝑇2 100 (Công thức V.135/trang 41,[3]) ) ] 𝜀𝑛 : Độ đen vữa lấy 𝜀𝑛 = 0,91 Với: Co: Hệ số xạ vật đen tuyệt đối, lấy C0 = 5,67 T1 = tT2 + 273 = 33,23 + 273 = 306,23 0K T2 = tkk + 273 = 23 + 273 = 296 0K 𝛼 // = Ta có: 0,91×5,67 29,64−23 [( 306,23 100 ) −( 296 100 ) ]= 5,3178 W/m2 độ Nên : 𝛼2 = 𝛼 / + 𝛼 // = 2,13 + 7,4478 = 7,4478 W/m2 độ Nhiệt tải riêng từ bề mặt tường đến mơi trường khơng khí: q2 = 𝛼2∆t2 Thay số ta được: q2 = 7,4478 10,23 = 76,1909(kJ/kg ẩm) 𝛥𝑞 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 85,994-76,1909 85,994 100 = 11% chấp nhận Vậy tổn thất qua tường: Qt = 3,6 k F ∆ttb (Công thức 1.97/trang 60,[8]) Mà: F = F1 + F2 = x Hph (Lph + Rph ) ( Trang 176,[6]) = 1,3 (21,94 +2,44) = 63,388 k= 𝛿 1 + +∑3𝑖=1 𝑖 𝛼1 𝛼2 𝜆𝑖 = 1 + +0,2764 8,19 7,7478 =1,8954 ∆ttb = 38,1oC Suy ra: Qt = 3,6 1,8954 7,7542 38,1 = 2015,9( kJ) Vậy: qt = Qt W = 2015,9 100 = 20,159 (kJ/kg ẩm) 28 Tổn thất qua trần Trần đúc: • Lớp bê tông cốt thép dày 𝛿 = 0,07 (m), λ2 = 1,55 (W/m độ) • Lớp cách nhiệt dày: 𝛿 = 0,15 (m), λ3 = 0,058 (W/m độ) Để tổn thất qua trần ta xác định: 𝛼 2tr = 1,3 𝛼2 = 1,37,7478 = 10,0721 (W/m2K) Do hệ số cấp nhiệt qua trần Ktr là: Ktr= + + 3+ 3 = = 0,3505 W/m2K 0,07 0,15 + + + 8,19 1,55 0,058 10,0721 Ftr diện tích bề mặt trần nhà : Ftr = Rph Lph= 7,37(m2 ) Vậy tổn thất qua trần: Qtr = 3,6Ktr Ftr∆t = 3,6 Ktr Ftr (ttb – to) = 3,6 0,3505 7,37 (67,5 − 23) = 414,324 (KJ/kg ẩm) Nhiệt tải riêng: qtr = Qtr W = 414,324 100 = 4,1432 (kJ/kg ẩm) Tổn thất qua cửa Hai đầu phịng sấy có cửa làm thép dày 𝛿 = 0,005 m, lớp cách nhiệt dày 𝛿 = 0,02m, có hệ số dẫn nhiệt nhôm λ4 = 0,5 W/mK λ5 = 0,057 W/m độ Do hệ số dẫn nhiệt Kc: Kc = 1 𝛿4 𝛿5 + + + 𝛼1 𝜆4 𝜆5 𝛼2 = = 1,7354 (W/m2k) 0,005 0,02 + + + 8,19 0,5 0,058 10,0721 Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ từ (t1-to) cịn đầu có độ chênh lệch (t1-t0) Qc = 3,6 Kc Fc [(t1 – to) + (t2 – t0)] = 3,6 1,8812 1,1969 [(95 – 23) + (40 - 23)] = 721,453 (kJ/kg ẩm) qc = Qc W = 721,453 100 = 7,2145 (kJ/kg ẩm) 29 Lượng nhiệt tổn thất qua Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy 67,5oC giả sử tường phòng sấy cách tường bao che phân xưởng 2m Theo bảng 7,1/trang 142,[6] ta có q1 = 40,63 W/m Do tổn thất qua bằng: Qn = 3,6 Fn q1 = 3,6 7,1466 40,63 = 1045,32 (kJ/h) qn = Qn W = 1045,32 100 = 10,4532 (kJ/kg ẩm) Như tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che môi trường xung quanh là: Qmt = Qt + Qc + Qtr + Qn = 2015,9+ 721,453 + 414,32 + 1045,32 = 4196,993 (kJ) qmt = Qmt W = 4196,993 100 = 41,9699(kJ) 3.3 Các thông số đường sấy thực tế không hồi lưu 3.3.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế Gọi Δ: Nhiệt lượng bổ sung thực tế Ta có: Δ = qbs + Cntvl-∑q Trong đó: qbs= ( khơng sử dụng caloripher bổ sung) tvl: nhiệt độ vật liệu trước vào máy sấy Cn=4,1868 (KJ/Kg.độ) ∑q= qvl + qmt = 24,924 + 41,9699= 66,8939 (KJ/Kg ẩm ) Thay số vào ta có: 𝛥 = + 4,1868 23 – 66,8939 = 29,4025 (KJ/Kg ẩm) 3.3.2 Các thơng số q trình sấy thực: Khơng khí sau khỏi phòng sấy : - Hàm ẩm khơng khí khởi phịng sấy q trình sấy thực là: 30 d2’= −𝛪1 +𝛥×𝑥1 +𝐶𝑘 ×𝑡2 = 𝛥−(𝑟𝑜 +𝑐ℎ ×𝑡2 ) −134,13+29,4025×0,0146+1×40 29,4025−(2493+1,97×40) =0,0353 kg/kgkkk ( Trang105,[3]) - Nhiệt dung riêng khơng khí sau sấy: I2’= 𝑡2 + (𝑟𝑜 + 𝐶ℎ × 𝑡2 ) × 𝑑2 / = 40 + (2493 + 1,97 × 40) × 0,0353 = 130,7845(kJ/kgkk) Độ ẩm tương đối: 𝜑2′ = P d2 ' (0,622+d2' ) Pbh 100 1,033 0,0353 = (0,622+0,0352)0,0752 ×100 = 73,78% Khơng khí trước vào caloriphe sau khỏi caloriphe Do 𝛥 = 29,4025 >0 nên, ta có: I’2 >I’1 I’2 – I’1 = Δ l' =𝛥 × (d’2 – d’0) l’ = 𝑑2 ′ −𝑑0 ′ ( Trang 103,[3]) Giải hệ phương trình: 𝐼1′ = 𝐼2′ − 𝛥 × (𝑑2′ − 𝑑0′ ) { ′ 𝐼1 = 𝑡1 + 𝑑0′ × (2493 + 1,97 × 𝑡1 ) Ta : I’1 = 130,132 (KJ/kgkkk), d0’ = d’1 = 0,0131 (kg/kgkkk) Từ ta có: 𝐼′ = 𝑡0 + (2493 + 1,97 𝑡0 ) 𝑑 ′ = 23 + (2493 + 1,97 23) 0,0131 = 56,2518 (KJ/Kgkkk) Lượng khơng khí khơ để làm bay kg ẩm trình sấy thực là: 𝑙′ = 𝑑′ −𝑑′ = 0,0353−0,0131 = 45,045 (kg/kg ẩm ) Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình là: L’= l’×w = 45,045 100= 4504,504(Kg/Kg ẩm ) 3.4 Cân nhiệt lượng 31 ∑ 𝑞𝑣 = ∑ 𝑞𝑟 3.4.1 Nhiệt lượng tác nhân sấy mang vào: - Nhiệt lượng khơng khí sấy mang vào máy sấy: qkkv= l’×I’0 = 45,045 56,2518 = 2533,817 (kJ/kg ẩm ) - Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: qvlv = 𝐺1 ×𝐶𝑣𝑙 ×𝑡𝑣𝑙1 𝑊 + 𝐶𝑛 × 𝑡𝑣𝑙1 = 200 ×1,55×23 100 + 4,1868 × 23=167,5964kJ/kgẩm - Nhiệt calorife sưởi cung cấp: qs = l’× (I2’ – I0’) = 45,045 (130,7845 – 56,2518) = 3355,974 kJ/kgẩm ● Tổng lượng nhiệt mang vào trình sấy : ∑qv = qkkv + qs + qvlv = 2533,817 + 167,5964+ 3355,974 = 6057,3874 kJ/kg ẩm 3.4.2 Lượng nhiệt tổn thất trình: Lượng nhiệt tác nhân sấy mang ra: qkkr = l’×I2’= 45,045 130,7845 = 5891,178 kJ/kg ẩm Lượng nhiệt vật liệu sấy mang : qvlr = G2 C vl t vl W = 100×1,55×40 100 = 62 kJ/kg ẩm Lượng nhiệt mát môi trường xung quanh: qmt = 41,9699KJ/Kgẩm ● Tổng lượng nhiệt tổn thất thực tế trình sấy : ∑qr = qkkr+ qtt + qvlr = 5891,178 + 62 + 41,9699= 5995,1479 KJ/kg ẩm 𝛥𝑞 = |∑ 𝑞𝑣 −∑ 𝑞𝑟 | |6057,3874−5995,1479| 𝑞𝑚𝑎𝑥 7025,1794 1,03% < 5% Vậy giả thiết q trình tính tốn chấp nhận 32 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ gsdsg 4.1 Caloriphe Trong kỹ thuật sấy thường sử dụng hai loại calorifer để đốt nóng khơng khí: calorifer khí calorifer khí khói, mà sản phẩm chè để đảm bảo chất lượng sử dụng tác nhân sấy khơng khí nóng với calorifer khí Nhiệt độ khơng khí trước vào calorifer 230C đảm bảo yêu cầu 950C Thiết bị loại ống chùm, gồm ống truyền nhiệt xếp song song với chất truyền nhiệt nước bão hịa Khơng khí ngồi ống nước bão hòa ống, hai dòng chuyển động ngược chiều nhau, trao đổi nhiệt gián tiếp thơng qua ống truyền nhiệt 4.1.1 Chọn tính kích thước ống truyền nhiệt Chọn ống truyền nhiệt đồng, có gân để nâng hệ số truyền nhiệt, có hệ số dẫn nhiệt 𝜆 = 385 W/mđộ ( Trang 125,[2] ) Kích thước ống truyền nhiệt: Đường kính ngồi ống: dng = 0,035 (m) 𝑑𝑛𝑔−𝑑𝑡𝑟 Chiều dày ống: 𝛿= Đường kính ống: dtr = dng – 𝛿 = 0,032 (m) Đường kính gân: Dg = 1,4dng = 0,049(m) =0,0015(m) Bước gân: bg = 0,01 (m) Chiều dài gân: h= Chiều cao ống: l = 1,3 (m) Bề dày gân: b = 0,002 (m) Số gân ống: Tổng chiều dài gân: Tổng chiều dài không gân: m= 𝑙 𝑏𝑔 +𝑏 𝐷𝑔 − 𝑑𝑛𝑔 = 0,007 (m) = 108,3(gân) 𝐿𝑔 = b.m = 0,002×108,3 = 0,2166 (m) 𝐿𝑘𝑔 = l – Lg = 1,0834 (m) Lượng khơng khí cần thiết cho q trình sấy (tính theo thực tế): L’ = l’×W= 4504,5 (Kg/kg ẩm) 33 l’ = 45,045 (kg/h) Nhiệt độ khơng khí ban đầu : t0=230c Nhiệt độ khơng khí sau khỏi caloriphe: t1=950C Thể tích riêng khơng khí V80C= 𝜌950 V23oC = Vtb = = 𝜌23𝑜 = 1,043m3/kg 0,9587 = 1,193 V830 C +V230 C = 0,8382m3/kg = 0,9406 m3/kg Lưu lượng khơng khí khơ vào caloripher là: V’ =L’× Vtb = 4504,5 × 0,9406 = 4237,111 m3/h = 1,1769 (m3/s ) 4.2 Tính tốn 4.2.1 Tính tốn ống truyền nhiệt Diện tích bề mặt bên ống: Ftr = 𝜋 dtr l = 3,14 0,0321,3 = 0,1306 (m2) Diện tích bề mặt ngồi ống truyền nhiệt khơng có gân: Fng = 𝜋 dng l = 3,14 0,035 1,3 = 0,1428 (m2) Diện tích phần bề mặt ngồi ống có gân: Fbm = Fgân + Fkgân Diện tích phần có gân: 𝜋 𝜋 4 Fgân = 𝜋Dg Lg + 2m ( D2g - d2ng) = 3,140,0490,2166+2108,3( 3,14 3,14 4 0,0492 - = 0,2333 (m2) Diện tích phần không gân: Fkgan = Lkg 𝜋 dng = 1,0834 3,14 0,035 = 0,1191 (m2) Vậy: Fbm = 0,2333 + 0,1191 = 0,3524 (m2) 34 0,0352) Đường kính tương đương thiết bị: dtd = Fgân 2xm Fkgân dng + Fgân √ 𝐹𝑏𝑚 0,2333 108,3 0,1191 0,035 + 0,2333√ = 0,3524 = 0,0336 (m) 4.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ mặt ống khỏi khơng khí Nhiệt độ trung bình khơng khí caloriphe (ttb) ttb = thn - ∆ttb Mà ∆ttb= ∆td -∆tc ∆t ln d ∆tc Chọn nhiệt độ nước bão hòa vào thnd = 130oC Chọn nhiệt độ nước ngưng tụ thnc = 1280C Ta có: ∆td = thnd - td =130 – 23 = 107oC ∆tc = thnc –tc = 128 – 95 = 33oC Thay số vào ta có: ∆ttb = 62,9079 oC Suy ra: ttb = 130 – 62,9079 = 67,09210C Với ttb = 67,09210C, tra bảng I.255/trang 318,[2], ta : 𝜌= 1,038 (kg/m3) 𝜆= 2,9496×10-2 (w/m K) 𝛾 = 18,8089×10-6 (m2/s) 𝜇 = 19,7146×10-5 (Ns/m2) Pr = 0,6946 Hệ số cấp nhiệt từ nước bão hòa đến bề mặt đứng ống 𝛼1 𝛼1 = 2,04A( r H∆t )0,25 (W/m2 độ) ( Công thức V.111/trang 30,[3]) Trong đó: H = l = 1,3 m: chiều cao ống r = 2179103 J/kg: ẩn nhiệt hóa (1300C) ( Bảng I.250/trang 312,[2]) 35 ∆t: hiệu số nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ thành ống Chọn nhiệt độ thành ống truyền nhiệt tT = 129,963oC ∆t = thnd - tT = 130 – 129,963 = 0,037oC A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt đọ màng nước ngưng tụ tm Với : tm = tT +thnd = 129,963+130 = 129,9815oC Với nhiệt độ 129,9815oC, tra bảng trang 40,[8] ta A = 191,99 Suy ra: 𝛼1 = 2,04191,99 ( 2179103 0,25 ) 1,3 x 0,037 = 32131,93 (W/m2.độ) Vậy nhiệt lượng riêng:q1 = 𝛼1 ∆t = 32131,93 0,037 = 1188,88 (J/kg ẩm) Chuẩn số Reynol Chuẩn số Reynol: Re = ωkk dtd Trong đó: 𝜔𝑘𝑘 : tốc độ khơng khí caloriphe 𝜔𝑘𝑘 = V' Ftd (m/s) Ta có: Ftd = Fx – Fco – Fcg Chọn số ống xếp theo hàng ngang i = 55 Khoảng cách hai ống truyền nhiệt d = 0,01 (m) Khoảng cách ống đến thành caloriphe : x = 0,02 (m) Chiều dài caloriphe: Lx = x + i dng + ( i -1) d Lx = 0,02 + 55 0,035 + (55 - 1) 0,01 = 3,275 (m2) Diện tích tiết diện caloriphe: Fx = Lx H = 3,275 1,3 = 4,2575 (m2) Diện tích cản gân: Fcg = Dg Lg i = 0,049 0,2166 55 = 0,5837 (m2) Diện tích cản ống: Fco = dng Lkg i = 0,035 1,0834 55 = 2,0557 (m2) 36 Vậy diện tích phần tự là: Ftd = Fx – Fco – Fcg = 4,2575– 0,5837– 2,0557= 1,6181 (m2) Vậy tốc độ khơng khí : 𝜔𝑘𝑘 = V' = Ftd Vậy: Re = 1,1769 1,6181 = 0,7273 (m/s) 0,7273 0,0336 18,808910-6 = 1299,24 (m/s) Re < 2300 Vậy dịng khí calorifer chảy dịng Chuẩn số Nu (tính cho trường hợp lưu thể chảy ngang qua bên ngồi chùm ống có gân ): 𝑑𝑛𝑔 Nu = 𝐶 × ( 𝑏𝑔 −0,54 ) ℎ −0,14 ×( ) 𝑏𝑔 × 𝑅𝑒 𝑛 × 𝑃𝑟 0,4 (công thức V.57/trang 20,[3] ) Trong : dng : đường kính ngồi ống; dng = 0,035 m bg : bước gân ; bg = 0,01 m h : chiều dài gân ; hg = 0,007 m C,n : đại lượng phụ thuộc cách xếp ống Chọn cách xếp ống thẳng hang, nên ta có: C=0,116; n=0,72 Vậy: Nu=0,116 × ( 0,035 −0,54 0,01 ) ×( 0,007 −0,14 0,01 ) × (1299,24 )0,72 × (0,6946)0,4 Nu = 9,8024 Gọi α2 hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngồi ống truyền nhiệt đến khơng khí chuyển động caloripher Hệ số cấp nhiệt: 𝛼2 = 𝑁𝑢×𝜆 ℎ𝑔 = 9,8024×2,8889×10−2 0,007 = 40,4551 (W/m2.độ) Từ 𝛼2 = 40,4551 dựa vào đồ thị V.17b/trang 20,[3] Suy ra: αtt = 28 (W/m2.độ) Vậy hệ số cấp nhiệt đối lưu thực tế: 𝑘= 1 𝐹 + × 𝑏𝑚 𝛼𝑡𝑡 𝛼2 𝐹𝑡𝑟 = 1 0,3524 + × 28 40,4551 0,1306 = 9,7643 W/m2độ 37 Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = k × tm = 9,7643 ×129,9815 = 1269,18W/m2 So sánh 𝛥𝑞 = | 𝑞2 −𝑞1 𝑞𝑚𝑎𝑥 ||%| =| 1269,18−1188,88 1269,18 | 100% = 6,3% Vậy giả thiết chấp nhận 4.2.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt caloriphe cung cấp: 𝐼2 ′−𝐼′ 𝑜 𝑞𝑠 = 𝑥2 ′ −𝑥 ′ 𝑜 −𝛥 = 130,7845−56,2518 0,0353−0,0137 − 29,4025 = 3421,185 (kJ/kg ẩm) Qs = qs w = 3421,185 100= 342118,546(kJ/h) Chọn hiệu suất caloriphe 𝜂 = 0,95 lượng nhiệt thực tế caloriphe cung cấp: Qt = Qs η = 360124,785 (kJ/h) Nên bề mặt truyền nhiệt: F= Qs 3,6K ∆ttb = 360124,785 3,6 9,7643 62,9079 = 162,85 (m2) Bề mặt truyền nhiệt thực: Ft = k.F ; k = 1,2 đến 1,5 Chọn k = 1,5 Ft = 1,5 162,85 = 244,275m2 Suy : Bề mặt truyền nhiệt trung bình : 𝐹𝑡𝑏 = 𝐹𝑏𝑚 +𝐹𝑡𝑟 = 0,3524+0,1306 =0,2415 (m2) 4.2.4 Tính kích thước caloripher Số ống truyền nhiệt caloripher: 𝑛= 𝐹𝑡 𝐹𝑡𝑏 = 244,275 0,2415 = 1101,49ống - Số ống xắp theo chiều ngang: 𝑚= 𝑛 𝑖 = 1101,49 55 = 18 ống Kích thước caloripher: Chiều dài caloripher 38 Lx = 3,275 (m) Chiều rộng caloriphe: Bx = x + (m – 1) 0,01 + Dg m = 0,02 + (18 – 1) 0,01 + (0,049 18) = 1,092 (m) Chiều cao caloriphe: Hx = l + 2Hc (Với Hc chiều cao lớp chắn, chọn Hc = 0,065 m) Hx = 1,3 + 0,065 = 1,43 (m) 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin, "Các q trình thiết bị hóa chất cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập IV", nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2004 [2] Nguyễn Bin cộng sự, "Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập I" , nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2004 [3] Nguyễn Bin cộng sự, "Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập II" , nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2004 [4] Hoàng Văn Chước, "Kỹ thuật sấy", nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 1999 [5] Hoàng Văn Chước, “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy”, nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2006 [6] Trần Văn Phú, "Tính tốn thiết kế hệ thống sấy", nhà xuất giáo dục, năm 2002 [7] Lê Ngọc Trung, "Bài giảng trình thiết bị truyền chất", trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng, năm 2011 [8] Phạm Xuân Toản, "Các trình thiết bị truyền nhiệt tập III", nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, năm 2003 [9] Phạm Xuân Vượng Trần Như Khuyên, "Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản", trường đại học nông nghiệp I – Hà Nội, năm 2006 [10] Đặc điểm sinh thái, sinh sản chè Thái Nguyên, phân bố ngành hàng chè nước, http://tancuongtea.com.vn/bvct/che-thai-nguyen/68/2-dac-diemsinh-thai-sinh-san-cua-cay-che-phan-bo-cua-nganh-hang-che-trong-nuoc.html, truy cập lần cuối 15/03/2015 [11] Tìm hiều thành phần hóa học công dụng chè, http://vietcotra.vn/Tra-va-suc-khoe/Tim-hieu-thanh-phan-hoa-hoc-va-cong-dung-cuatra-che.html, truy cập lần cuối 15/03/2015 [12] Sơ lược thành phần sinh hóa trà, http://triviettea.com/ThanhPhanSinhHoaCuaTra.aspx, truy cập lần cuối 15/03/2015 40