Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU .5 CHƯƠN G 1: LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY .7 1.1 Vật liệu ẩm 1.1.1 Độ ẩm vật liệu …………………… .7 1.1.2 Các dạng liên kết ẩm vật liệu .9 1.2 Quá trình đốt nóng làm lạnh .11 1.2.1 Q trình đốt nóng đơt nóng tăng ẩm 11 1.2.2 Quá trình làm lạnh làm lạnh khử ẩm 11 1.3 Các phương pháp sấy .12 1.3.1 Phương pháp sấy nóng 12 1.3.2 Phương pháp sấy lạnh 14 1.3.3 Sơ đồ thiết bị trạng thái tác nhân sấy hệ thống sấy lạnh …… 16 1.4 Phương pháp sấy lạnh bơm nhiệt …………………………………… 17 1.4.1 Thế sấy ……………………………………………………………… 17 1.4.2 So sánh hai phương pháp sấy lạnh ………………………………… 18 1.4.3 Đặc tính trình sấy lạnh …………………………………… 20 CHƯƠN G : LÝ THUYẾT VỀ BƠM N HIỆT ……………………………… 22 2.1 Khái quát bơm nhiệt ………………………………………………… 22 2.2 Nguyên lý hoạt động ………………… 23 2.3 Hệ số nhiệt bơm nhiệt 24 2.4 So sánh phương án cấp nhiệt …… 25 2.5 Các thành phần bơm nhiệt 27 2.6 Ứng dụng bơm nhiệt kinh tế quốc dân …….……………… 29 CHƯƠN G : CÔN G N GHỆ SẤY RAU QUẢ ………………………………… 34 3.1 Sơ lược sản phẩm rau 34 3.2 Công nghệ sấy rau ……… 34 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy 36 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh 3.4 Sơ lược Mít ……………………………………………… ……… 37 CHƯƠN G : LỰA CHỌN PHƯƠN G ÁN VÀ TÍN H TỐN N HIỆT Q TRÌN H SẤY …………………… 39 4.1 Lựa chọn phương án sấy ……………………………………………… 39 4.2 Chọn loại thiết bị sấy 39 4.3 Các thơng số tính tốn ………………………………………….……… 40 4.3.1 Vật liệu sấy ……………………………………….………….……… 40 4.3.2 Tác nhân sấy …………………………………….………….……… 40 4.4 Tính tốn kích thước buồng sấy …………………………………… 41 4.5 Xây dựng trình sấy lý thuyết đồ thị I-d 42 4.5.1 Đồ thị I-d ………………………………… ………………………… 42 4.5.2 Tính tốn trình sấy ……………………………………………… 43 4.6 Xây dựng trình sấy thực tế đồ thị I-d ……………………….…… 46 4.6.1 Cân nhiệt cho trình sấy thực tế ………………………………46 4.6.2 Đồ thị I-d ……………………………………………………………… 51 4.6.3 Tính tốn trình sấy thực tế ………………………………… …… 52 CHƯƠN G : TÍN H TỐN THIẾT KẾ BƠM N HIỆT ……………………… 55 5.1 Chọn môi chất nạp thông số môi chất ………………………… 55 5.1.1 Chọn môi chất nạp ……………………………………………… … 55 5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ ……………………………………………… …… 55 5.1.3 Nhiệt độ bay ……………………………………… …………… 55 5.1.4 Nhiệt độ hút ……………………………………………….……… 55 5.1.5 Nhiệt độ lạnh ………………………………………….………… 56 5.2 Chọn tính tốn chu trình bơm nhiệt máy lạnh ……………………… 56 5.2.1 Chọn chu trình ………………………… ………………………… 56 5.2.2 Sơ đồ, nguyên lý làm việc …………………………………… …… 56 5.2.3 Xây dựng đồ thị lập bảng xác định giá trị điểm nút 57 5.2.4 Tính tốn chu trình ………………………………… ……………… 58 5.3 Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt bơm nhiệt …………………… … 59 5.3.1 Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt khơng khí) ………………… … …… 59 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh Chọn loại dàn ngưng …………………………………… ………… 60 Các thông số cho trước ……………………………………………… 60 Tính diện tích trao đổi nhiệt …………………………………… …… 61 Tính thơng số cụ thể dàn ngưng ……………………… ….… 65 5.3.2 Dàn bay (Thiết bị làm lạnh khơng khí) ……… ……… … …… 65 Chọn loại dàn bay …………………………………………… … 66 Các thông số cho trước ……………………………………… … … 66 Tính diện tích trao đổi nhiệt ……………………………….…… …… 67 Tính thơng số cụ thể dàn bay …………………….… … 70 5.3.3 Thiết bị hồi nhiệt ………………………………………… ….…… 71 Tính chọn đường kính ống …………………………………………… 72 Tính tốn diện tích trao đổi nhiệt ……………………………………… 73 5.4 Tính chọn máy nén …………………………………………… …… … 76 5.4.1 Tính tốn chu trình chế độ u cầu …………………….…….… 77 5.4.2 Tính tốn suất lạnh tiêu chuẩn ……………………………….… 77 5.4.3 Chọn máy nén ………………………………………….…………… 78 5.4.4 Tổn thất lượng công suất động ……………………….… 79 5.5 Chọn Đường ống dẫn môi chất …………………………… ……… …… 79 5.5.1 Đường ống đẩy ……………….……………………………………… 79 5.5.2 Đường ống hút ……………………………………….… ………… 80 CHƯƠN G : TÍN H TOÁN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT ……………… … 81 6.1 Tính tốn đường ống dẫn tác nhân sấy …………………………………… 81 6.2 Tính tốn trở lực hệ thống …………………………………………… 82 6.2.1 Tổn thất áp suất đường ống gió ………………………………… 82 6.2.2 Tổn thất qua thiết bị hệ thống ……………………………… 83 6.3 Chọn quạt ………………………………………………………………… 84 CHƯƠN G : TÍN H TỐN THỜI GIAN HỒN VỐN ……………………….85 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………… 89 SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - in Lnh Lời Cảm ơn Trong sut gn nm năm học trường Đại học Bách Khoa Đà N ẵng, Em dạy dỗ ân cần giúp đỡ tận tình thầy giáo trường, đặc biệt thầy cô giáo khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh Em xin chân thành cảm ơn: Toàn thể giáo viên trường Đại học Bách Khoa dạy dỗ, giúp đỡ em suốt q trình học tập Tồn thể thầy giáo, cô giáo khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh cung cấp cho em kiến thức bổ ích suốt q trình học tập Gia đình bạn bè cổ vũ, động viên, khích lệ em suốt thời gian ngồi giảng đường đại học Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo: PGS.TS Hoàng N gọc Đồng Thầy tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em thời gian qua để em hồn thành tốt đồ án tố nghiệp Trong q trình tính tốn, thiết kế đồ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo tận tình thầy, để em có thêm kiến thức bổ ích làm hành trang bước vào đời Đà N ẵng , Tháng 05/2007 Sinh viên thực Cao Văn Sơn SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, có bờ biển dài 3000 Km, độ ẩm khơng khí thường 70%, nhiệt độ cao lên tới 38 oC Khí hậu nóng ẩm điều kiện thuận lợi để nấm mốc loại vi sinh vật có hại phát triển làm hư hại loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống trồng, thuốc chữa bệnh… Bên cạnh đó, nước ta lại nước nơng nghiệp, trình độ khoa học kỹ thuật cịn lạc hậu Có nhiều địa phương khơng có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông sản sau thu hoạch nên thường bán bán tháo với giá rẻ mùa thu hoạch đến Có giá trị đạt khoảng 20% so với giá trị thực Để tránh tình trạng để đa dạng hố loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng sản phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch yêu cầu cần thiết thời gian Ngày nay, nhu cầu chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi khắt khe, đặc biệt loại sản phẩm cần giữ màu sắc mùi vị kẹo, hoa quả, thuốc chữa bệnh… Hơn nữa, năm gần đây, Việt Nam có nhiều bước tăng trưởng mạnh nông - lâm - ngư nghiệp Để cạnh tranh thời kỳ hội nhập WTO bắt buộc sản phẩm sấy phải đảm bảo chất lượng uy tín cao Với loại rau, củ, quả, dược liệu… sấy nhiệt độ cao phá huỷ chất hoạt tính sinh học hóc mơn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… làm thay đổi chất lượng sản phẩm Vì thế, sấy lạnh nguyên lý bơm nhiệt phương pháp bảo quản sau thu hoạch đáp ứng yêu cầu khắt khe chất lượng sau sấy Bởi tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp nên trình sấy xẩy nhiệt độ thấp so với phương pháp sấy thơng thường hạn chế thay đổi khơng có lợi màu sắc mùi vị tự nhiên sản phẩm Như vậy, việc tìm tịi phát triển rộng rải hệ thống hút ẩm sấy lạnh thực phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dược liệu yêu cầu cấp bách khuyến SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơng N ghệ N hiệt - Điện Lạnh khích phát triển nông nghiệp, chuyển đổi cấu trồng, sản xuất mặt hàng thay nhập xuất thị trường giới, tiết kiệm lượng, giảm vốn đầu tư giá thành sản phẩm Bơm nhiệt thiết bị nhiệt-lạnh xem có khả tiết kiệm lượng [10] Qua nhiều năm nghiên cứu triển khai ứng dụng để hút ẩm sấy lạnh thấy bơm nhiệt có nhiều ưu điểm có khả ứng dụng rộng rải điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật đáng kể Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với sản phẩm cần giữ trạng thái, màu mùi, chất dinh dưỡng không cho phép sấy nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn [11] Hiện có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt có hiệu thực tiễn cao Tuy nhiên, chưa có tài liệu nói rõ việc tính tốn thiết kế hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt cụ thể Vì vậy, Em mạnh dạn chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống sấy Mít nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt” để làm đề tài tốt nghiệp cho N ội dung nghiên cứu - Lý thuyết kỹ thuật sấy - Lý thuyết bơm nhiệt - Sơ lược công nghệ sấy hoa - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy Mít sử dụng bơm nhiệt - Tính tốn kinh tế hệ thống - Kết luận Phương pháp nghiên cứu Dựa lý thuyết tài liệu, tiến hành tính tốn thiết kế hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt Từ ta rút kết luận ứng dụng thực tiễn Ý nghĩa thực tiễn Đề tài rõ hiệu việc sử dụng bơm nhiệt sấy nhiệt độ thấp so với hệ thống sấy nóng Trên sở tính tốn, ta lựa chọn cơng suất bơm nhiệt cho phù hợp với hệ thống SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh Chương LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1 Vật liệu ẩm Vật liệu ẩm kỹ thuật sấy vật có khả chứa nước nước trình hình thành gia cơng thân vật liệu loại nông sản (lúa, ngô, đậu,…), giấy, vải sợi, gỗ, loại huyền phù lớp sơn bề mặt chi tiết kim loại.v.v [3] 1.1.1 Độ ẩm vật liệu Các vật đem sấy vật ẩm có chứa khối lượng chất lỏng đáng kể Trong trình sấy, ẩm vật bay hơi, độ ẩm giảm Trạng thái vật liệu ẩm xác định độ ẩm nhiệt độ Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối tỷ số khối lượng ẩm chứa vật với khối lượng vật khô tuyệt đối Kí hiệu: w0 Ta có: w0 = Gn 100 [%] Gk (1.1) Trong đó: + Gn - khối lượng ẩm chứa vật liệu [kg] + Gk - khối lượng vật khơ tuyệt đối [kg] Độ ẩm tồn phần Độ ẩm toàn phần tỷ số khối lượng ẩm chứa vật với khối lượng vật ẩm Ký hiệu: w Ta có: w= Gn 100 [%] G (1.2) Trong đó: G - khối lượng vật ẩm: G = Gn + Gk [kg] Quan hệ độ ẩm tuyệt đối độ ẩm toàn phần: w0 = w 100 [%] 100 − w (1.3) Độ chứa ẩm Là tỷ số lượng chứa ẩm vật với khối lượng vật khơ tuyệt đối Kí hiệu: u, [kg ẩm/ kg vật khơ] Được tính theo cơng thức: SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh u= Gn , [kg ẩm/kg vật khô] Gk (1-4) Nếu độ chứa ẩm phân bố toàn vật thể ta có quan hệ sau: wo = 100.u [%] Hay u = wo , [kg/kg] 100 (1-5) N ồng độ ẩm Kí hiệu: N, [kg/m3 ] Là khối lượng ẩm chứa 1m3 vật thể Ta có: N= Gn , [kg/m3] V (1-6) Trong đó: V- Thể tích vật, m3 Nếu gọi ρ k khối lượng riêng vật khơ tuyệt đối từ (1-4) (1-6) ta có: = u.ρ k N (1-7) Nếu giả thiết thể tích vật khơng thay đổi trình sấy, tức V = Vk Vk thể tích vật khơ tuyệt đối, ta có: N Trong đó: ρ = = u.ρ (1-8) Gk khối lượng vật khô tuyệt đối V Độ ẩm cân Là độ ẩm vật trạng thái cân với môi trường xung quanh vật Khi độ chứa ẩm vật đồng phân áp suất nước bề mặt vật ẩm phân áp suất nước có mơi trường tác nhân sấy Kí hiệu: Wcb, ucb Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân có ý nghĩa lớn, dùng để xác định giới hạn trình sấy độ ẩm cuối trình sấy loại vật liệu điều kiện môi trường khác SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh 1.1.2 Các dạng liên kết ẩm vật liệu Khi nghiên cứu trình sấy cần phải xác định dạng tồn hình thức liên kết ẩm với vật khô Vật ẩm thường tập hợp pha: rắn, lỏng Các vật rắn đem sấy thường vật xốp mao dẫn keo xốp mao dẫn Trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể gồm phần rắn khô ẩm lỏng Diễn biến trình sấy vật ẩm bị chi phối dạng liên kết ẩm vật Có nhiều cách phân loại dạng liên kết ẩm cách phân loại P.H Rôbinde sử dụng rộng rãi nêu chất hình thành dạng liên kết ẩm vật liệu Theo cách này, tất dạng liên kết ẩm chia thành nhóm là: liên kết hố học, liên kết hoá lý liên kết lý Liên kết hoá học Thể dạng liên kết ion hay liên kết phân tử Lượng ẩm liên kết hoá học chiếm tỉ lệ định Liên kết ion hình thành phản ứng hố học bền vững Muốn phá vỡ liên kết phải dùng phản ứng hoá học nung đến nhiệt độ cao Cịn liên kết phân tử ta quan sát qua trình kết tủa dung dịch Vật liệu bị tách ẩm liên kết hoá học tính chất thay đổi Nói chung q trình sấy (nhiệt độ từ 120÷150 oC) khơng tách ẩm liên kết hố học, q trình sấy u cầu giữ ngun tính chất hố lý vật Liên kết hoá lý Thể dạng liên kết hấp thụ liên kết thẩm thấu Lượng ẩm liên kết hố lý khơng theo tỉ lệ định + Liên kết hấp thụ: Trong vật ẩm ta gặp vật keo Vật keo có cấu tạo dạng hạt Bán kính tương đương hạt t 0,001ữ0,1àm Do cu to ht nờn vt keo cú bề mặt bên lớn, có lượng bề mặt tự đáng kể Khi tiếp xúc với khơng khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm xâm nhập vào vật theo bề mặt tự tạo thành liên kết hấp thụ nước bề mặt + Liên kết thẩm thấu: SVTH: Cao Văn Sơn - Lớp 02N Trang Đồ án tốt nghiệp Khoa Công N ghệ N hiệt - Điện Lạnh Liên kết thẩm thấu liên kết hoá lý nước vật rắn có chênh lệch nồng độ chất hịa tan ngồi tế bào, tức có chênh lệch áp suất nước Q trình thẩm thấu khơng kèm theo tượng tỏa nhiệt không làm cho vật biến dạng Về chất, ẩm thẩm thấu tế bào khơng khác với bình thường khơng chứa chất hịa tan chất hồ tan khơng thể khuếch tán vào tế bào với nước Liên kết lý Đây mối liên kết vật nước với tỉ lệ không hạn định, hình thành sức căng bề mặt nước mao dẫn hay bề mặt vật Liên kết học chia làm ba dạng: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn liên kết dính ướt + Liên kết cấu trúc: Được hình thành q trình hình thành vật (ví dụ q trình đơng đặc ) Để tách nước trường hợp dùng phương pháp nén ép, làm cho nước bay phá vỡ cấu trúc vật Sau tách nước, vật bị biến dạng nhiều, thay đổi tính chất, chí thay đổi trạng thái pha + Liên kết mao dẫn: Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản, ví dụ gỗ, vải Trong vật thể có vơ số mao quản Các vật thể để khơng khí, nước theo mao quản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể đặt mơi trường khơng khí ẩm nước ngưng tụ bề mặt mao dẫn theo mao quản xâm nhập vào vật thể Tách ẩm liên kết mao dẫn phương pháp làm cho ẩm bay đẩy ẩm áp suất lớn áp suất mao dẫn Vật sau tách ẩm mao dẫn nói chung giữ kích thước, hình dáng tính chất hố lý + Liên kết dính ướt: Được hình thành nước bám dính vào bề mặt vật với góc dính ướt