Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY……………………………………………………………………………………3 1.1 Nguyên liệu…………………………………………………………….3 1.2 Lựa chọn nguyên liệu cho quy trình……………………………………10 1.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ vải quả…………………………………11 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY……… …12 2.1 Bản chất trình sấy……………………………………………12 2.2 Phân loại trình sấy……………………………………………… 12 2.3 Phƣơng pháp thực trình sấy…………………………………13 2.4 Chọn loại máy sấy…………………………………………………… 14 CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ……………………………16 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ…………………………………………… 16 3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ………………………………………16 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BUỒNG…………………………………………………………………………21 4.1 Tính tốn thơng số vật liệu………………………………………….21 4.2 Tính tốn q trình sấy lý thuyết……………………………………… 23 4.2.1 Giai đoạn I………………………………………………………….23 4.2.2 Giai đoạn II…………………………………………………………27 4.2.3 Giai đoạn III……………………………………………………… 31 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ 4.3 Xác định kích thƣớc thiết bị………………………… 34 4.4 Tính tốn q trình sấy thực tế……………………………………… 37 4.4.1 Giai đoạn I…………………………………………………………37 4.4.2 Giai đoạn II……………………………………………………… 40 4.4.3 Giai đoạn III……………………………………………………….45 4.5 Tính tốn chọn calorife……………………………………………… 49 4.5.1 Công suất nhiệt calorife……………………………………… 49 4.5.2 Tiêu hao nƣớc calorife……………………………………… 49 4.5.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt calorife………………………… 50 4.5.4 Kích thƣớc calorife…………………………………………………… 53 4.6 Tính tốn khí động, chọn quạt gió…………………………………….51 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….54 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 55 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 Viện trƣờng Đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm 70 trở lại ngƣời ta đƣa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm nhƣ: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nƣớc ta nƣớc nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lƣợng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt đƣợc chất lƣợng cao nhất, đặc biệt sấy vải Vải thiều loại ăn quý có giá trị kinh tế giá trị dinh dƣỡng cao, đƣợc coi vua trái nƣớc nhiệt đới Ở nƣớc ta vải đƣợc coi chủ lực vƣờn vải đƣợc xếp vào danh mục đặc sản thiên nhiên tiếng Việt Nam Sản phẩm vải nƣớc ta đƣợc tiêu thụ dƣới dạng tƣơi vải sấy khô chủ yếu Vải loại có thời gian thu hoạch ngắn (35-40 ngày), dễ bị hƣ hỏng thời tiết nắng nóng vụ thu hoạch tạo áp lực tiêu thụ lớn đặc biệt vào đỉnh vụ, khối lƣợng sản phẩm lớn, gây ứ đọng, giá bán thấp gây thiệt hại nhiều cho nông dân Một số vùng trồng vải nhƣ Bắc Giang, Lạng Sơn, Thái Ngun, Hịa Bình… địa phƣơng vùng cao xuất tình trạng vải khơng tiêu thụ đƣợc, để rụng thối quanh gốc cây, gây lãng phí lớn Vì vậy, để giảm tổn thất vải sau thu hoạch, biện pháp có hiệu mà hộ nông dân vùng trồng vải thực sấy khô để kéo dài thời gian bảo quản, sau lựa chọn thời điểm thị trƣờng thích hợp để tiêu thụ Thực tế nay, phần lớn vải đƣợc làm khơ hang ngàn lị sấy thủ cơng hộ nông dân tự xây dựng nên chất lƣợng sản phẩm không cao không ổn định, nhiều mẻ sấy có chất lƣợng khơng tiêu thụ đƣợc có nhiều lơ hàng xuất khơng đạt tiêu chuẩn chất lƣợng phải trả chịu chấp nhận giá bán thấp gây thiệt hại lớn cho ngƣời sản xuất Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy vải phù hợp nhằm tạo sản phẩm sấy có chất lƣợng cao với giá thành chế tạo chi phí sấy thấp vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn nhu cầu cấp thiết để ổn định phát triển vải giai đoạn Trong đồ án em có nhiệm vụ “Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, suất 300kg/mẻ” GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, kiến thức tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình giáo Ths Phạm Thanh Hƣơng để em hồn thành tốt đồ án Hà Nội, ngày 27/09/2013 Sinh viên thiết kế Bùi Thị Lan GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Tổng quan vải: Bảng 1.1: Giới (Regnum): Ngành (Divisio): Lớp (Class): Bộ (Ordor): Họ (Familia): Chi (Genus): Lồi (Species): Thực vật (Plantae) Thực vật có hoa (Magnoliophyta) Thực vật mầm (Liliopsida) Cau (Arecales) Cau (Arecaceae) Cocos C nucifera 1.1.2 Đặc điểm: Vải loại trái danh tiếng nhóm mọng thuộc họ bồ hịn Cây vải có dáng đẹp, tán dày tròn, cành to, thân nhẵn màu xám, cao từ đến 30m Lá vải (kể cuống) dài từ 12,5 – 20cm, hình nhọn nhƣ lơng nhím hình elip, cành thƣờng gồm đến xen kẽ Lá non thƣờng dai, trơn láng, màu xanh đậm phía xanh xám phía dƣới, dài từ 5-7,5cm Hoa có cánh nhỏ, màu thay đổi từ trắng xanh đến vàng Vào mùa xuân, vải trông bật cụm hoa lớn nở rộ Sự hoa thƣờng bắt đầu trƣớc chin khoảng 140 ngày GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Mỗi chum vải gồm từ đến 30 Quả vải thƣờng có hình oval, hình tim hay hình trịn, đƣợc bao bọ lớp vỏ mỏng, dai, sần sùi nhƣng mềm nên dễ lột cịn tƣơi Vỏ thƣờng có màu đỏ hồng dâu, hồng nhạt hay hổ phách, số lồi chí nhuốm màu xanh lục Đƣờng kính khoảng 2.5cm Phần thịt thƣờng dày, trơn láng, mọng nƣớc, màu từ trắng đục đến xám đơi hồng nhạt Thịt thơm, có vị xen lẫn vị chua nhẹ đặc trƣng Hạt vải có kích thƣớc hình dạng thay đổi tùy thuộc vào giống Thơng thƣờng hạt có hình oval, dài đến 20mm, cứng, vỏ màu đen bong bên màu trắng 1.1.3 Nguồn gốc phân bố: Cây vải có nguồn gốc từ miền Nam Trung Quốc Hiện giới có 20 nƣớc trồng vải nhƣng số nƣớc nhƣ: Trung Quốc, Ấn Độ, Australia, Mỹ vải đƣợc sản xuất với quy mô công nghiệp Ở nƣớc ta vùng trồng vải chủ yếu đồng sông Hồng, trung du, miền núi Bắc Bộ phần khu cũ Những nơi trồng nhiều nhƣ tình Hải Dƣơng, Bắc Giang, Phú Thọ, nông trƣờng Đông Triều, vƣờn quốc gia Cát Bà… Ngồi cịn có vƣờn vải giống chín sớm dọc sông Đáy 1.1.4 Các giống vải: Trong sản xuất thƣờng gặp nhóm chính: - - - Vải chua: mọc khỏe, to, khối lƣợng trung bình 20-50g, hạt to Tỉ lệ ăn đƣợc chiếm 50-60%, loại chín sớm Cách nhận biết vải chua chum hoa vải chua từ cuống đến nụ hoa có phủ lớp lông màu đen Vải chua hoa đậu suất ổn định vải thiều Ở vùng Thanh Oai, giống vải tiếng với ƣu điểm màu đẹp, to, cùi dày Vải nhỡ: giống lai vải chua với vải thiều Cây to trung bình, tán dựng đứng, to Chùm hoa có độ dài lớn trung gian vải chua vải thiều, có lơng màu đen nhƣng thƣa vải chua, số có chùm hoa có lơng màu trắng Quả vải chua loại nhỏ, hạt to, phẩm chất vải thiều Khi chín vỏ có màu xanh, đỉnh có màu tím đỏ, ăn ngọt, chua Vải thiều: cịn gọi vải Tàu Nhân giống chiết cành nên đặc tính sinh học, kinh tế tƣơng đối ổn định, có độ đồng cao, dễ nhận dạng Tán hình trịn bán cầu, nhỏ, phiến dày, bóng phản quang Vải thiều hoa vào mùa đơng nhiệt độ xuống thấp Chùm hoa nụ có màu trắng, nhỏ vải chua, khối lƣợng trung bình khoảng 25-30g, hạt nhỏ vải chua Tỉ lệ ăn GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ đƣợc cao 70-80% Vải thiều chín muộn vải chua Quả chín vào đầu tháng 6, có chín muộn hơn, khoảng đầu tháng Ngồi ra, có giống vải đặc trƣng cho vùng:  Giống vải Hùng Long: - Đây giống vải đột biến tự nhiên, đƣợc cán khoa học Viện Nghiên cứu rau phát chọn lọc thành công xã Hùng Long, huyện Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ - Đặc điểm giống: Cây sinh trƣởng tốt, tán hình bán cầu Chùm hoa to theo kiểu hình tháp, cuống hoa có màu nâu đen Quả hình trịn, dài, chín có màu đỏ thẫm, gai thƣa, - Khối lƣợng trung bình 23,5g (40-45 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 72%, độ Brix 17-20%, vị ngọt, chua nhẹ, đƣợc nhiều ngƣời ƣa chuộng - Năng suất trung bình 8-10 tuổi đạt 80 kg/cây (10-15 tấn/ha) - Đây giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5  Giống vải lai Bình Khê: - Đây giống vải lai tự nhiên có nguồn gốc xã Bình Khê, huyện Đơng Triều, tỉnh Quảng Ninh - Đặc điểm giống: Cây sinh trƣởng tốt, tán hình bán cầu dẹt, có màu xanh tối Chùm hoa to, phân nhánh thƣa, dài, cuống hoa có màu nâu đen Quả to, hình trứng, chín có màu đỏ thẫm, mỏng vỏ, gai thƣa, ngắn - Khối lƣợng trung bình đạt 33.5g (28-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 71.5%, độ Brix 17-20%, vị - Năng suất trung bình 30 tuổi đạt 94,2 kg/cây (12-15 tấn/ha) Đây giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 5/5 đến 15/5  Giống vải lai Yên Hƣng: - Đây giống vải lai tự nhiên, có nguồn gốc xã Đông Mai, huyện Yên Hƣng, tỉnh Quảng Ninh - Đặc điểm giống: Cây sinh trƣởng khỏe, tán hình bán cầu, có màu xanh vàng Chùm hoa to trung bình, phân nhánh dài, cuống hoa có màu nâu đen Quả hình tim, chín có màu đỏ vàng đẹp - Khối lƣợng trung bình đạt 30,1g/quả (30-35 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 73,2%, độ Brix 18-20%, vị ngọt, chua nhẹ - Năng suất trung bình 20 tuổi đạt 89,8kg/cây (12-16 tấn/ha) - Đây giống chín sớm, thời gian cho thu hoạch từ 10/5 đến 20/5  Giống vải thiều Thanh Hà: GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ - - - Vải thiều Thanh Hà đƣợc nhân giống từ vải tổ thôn Thúy Lâm, xã Thanh Sơn, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dƣơng Đặc điểm giống: Cây sinh trƣởng tốt, tán hình bán cầu cân đối Quả hình cầu, chín có màu đỏ tƣơi, gai thƣa, ngắn Khối lƣợng trung bình 20,7g (45-55 quả/kg), tỷ lệ phần ăn đƣợc trung bình 75%, độ Brix 18-21%, thịt chắc, vị đậm, thơm Năng suất trung bình 8-10 tuổi đạt 55kg/cây (8-10 tấn/ha) Đây giống vụ, thời gian cho thu hoạch từ 5/6 đến 25/6 Vải thiều Thanh Hà giống đƣợc trồng phổ biến từ lâu tỉnh miền Bắc nƣớc ta, giống vải khác nhƣ Hùng Long, Bình Khê Yên Hƣng đƣợc nông dân ƣa chuộng, trồng rộng rãi nhiều nơi, cho kết tốt Giống vải đƣợc ƣa chuộng Việt Nam vải thiều trồng khu vực huyện Thanh hà, tỉnh Hải Dƣơng Quả thu hoạch từ vải trồng khu vực thơng thƣờng có hƣơng vị thơm vải trồng khu vực khác (mặc dù lầy giống từ đây) Gần có nhập số giống vải Trung Quốc: quế vị, hoài chi, hắc điệp, tam nguyệt hồng, phi tử tiếu, đại tạo 1.1.5 Điều kiện sinh trƣởng: Nhiệt độ có ảnh hƣởng lớn đến việc hoa vải Hoa vải nở điều kiện nhiệt độ >10oC; 18-24oC hoa nở rộ Trên 29oC hoa nở giảm Cây vải có yêu cầu đặc biệt nhiệt độ Trong năm phải có thời kì nhiệt độ hạ thấp tạo điều kiện ức chế mầm mùa đông, làm cho cành sung sức, tích lũy đƣợc nhiều dinh dƣỡng giúp xúc tiến q trình phân hóa mầm hoa Ánh sáng đầy đủ làm tăng khả đồng hóa cây, xúc tiến q trình phân hóa mầm hoa, làm tăng màu sắc vỏ làm tăng phẩm chất quả, gió nhẹ có lợi cho vƣờn Vải loại không kén đất lắm, đất trồng đƣợc vải miễn đủ phân bón nƣớc cho 1.1.6 Thu hoạch: - Từ 3,4 đến tháng sau hoa nở vải chín Ở miền Bắc Việt Nam vải chín từ hạ tuần tháng đến trung tuần tháng 6, chín sớm giống vải chua, sau vải nhỡ cuối giống vải thiều, không nên thu hoạch q sớm ngày gần chín lớn nhanh, thu sớm 3-5 ngày có giảm sản lƣợng 10-20% Hơn vải khơng chín thêm sau thu hoạch, hái sớm vải thƣờng có độ GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ chua cao Để muộn không thu hoạch kịp thiệt hại sâu bọ, dơi, chuột, chim tăng lên, gặp mƣa, nứt… nên mùa thu hoạch vải thƣờng khẩn trƣơng - Tổ chức việc thu hoạch vận chuyển đến nơi tiêu thụ phải chu đáo vải dễ thối dập, ngày không che đậy, vận chuyển không nhẹ tay vỏ thâm lại, màu đỏ màu xanh bán - Bản thân việc thu hoạch vải phải cẩn thận loại khác vỏ khơng chịu cọ xát, chùm phải kèm theo già để độn, sọt, bồ, thúng, rổ phải chắc… Chọn ngày nắng để hái hái vào buổi sáng Không nên hái sớm xanh ảnh hƣởng đến sản lƣợng phẩm chất Nếu phải vận chuyển xa nên hái vào lúc vỏ màu xanh vàng bắt đầu chuyển sang màu đỏ thẫm, lúc phẩm chất cao - Khi thu hoạch nên bẻ cành mang quả, không kèm theo khoảng cách cành với phần dƣới cành có mầm ngủ Sau hái quả, mầm nảy mầm, đợt cành thu có chức làm cành mẹ sau mọc cành - Khả xuất vải xa ngày tăng nên ngƣời ta nghiên cứu nhiều biện pháp xử lý để kéo dài thời gian bảo quản vải sau thu hoạch 1.1.7 Bảo quản vải: Vải tƣơi giữ đƣợc màu sắc chất lƣợng 3-5 ngày nhiệt độ phòng Nếu xử lý trƣớc với đồng sunfat nồng độ 0,5% giữ túi polyethylene, tăng thời gian bảo quản tƣơi lên 7-10 ngày Để dự trữ đƣa vào chế biến, vải phải đƣợc bảo quản kỹ lƣỡng Bảo quản vải tốt nhiệt độ 1-2oC kéo dài khoảng 23-26 ngày Nếu ta bảo quản 5oC đƣợc 3-4 tuần Trƣớc bảo quản, vải đƣợc xử lý phƣơng pháp sau: + Sunfit hóa: Kết nghiên cứu cho thấy, sunfit hóa (xơng lƣu huỳnh) vải tƣơi để hàm lƣợng SO2 cùi đạt 10-20 ppm đảm bảo giữ màu vỏ sát trùng + Chất metabisunfit đƣợc dùng để sát trùng chống biến màu vỏ vải Nếu kết hợp xử lý hóa chất nhúng HCl lỗng kết khả quan Hiệu sử dụng SO2 phụ thuộc vào độ già Quả già biến màu Ngƣợc lại, sử dụng SO2 nhƣ chất sát trùng cho vải xanh màu khơng tốt + Các biện pháp khác: Vải đƣợc bọc màng mỏng đƣợc chiếu xạ với liều lƣợng 0,751,5 Kgy nên nhạy cảm với hƣ hỏng bảo quản so với mẫu không xử lý Nhƣng GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ nhúng vải vào nƣớc nóng trƣớc, sau bọc màng mỏng chiếu xạ khơng thấy tƣợng Điều nƣớc nóng khử đƣợc vi sinh vật bề mặt quả, hạn chế sinh bệnh bảo quản + Vải bảo quản đƣợc 28 ngày nhiệt độ 1oC đựng túi màng mỏng, nhƣng đƣa khỏi buồng lạnh để mơi trƣờng khí bình thƣờng khoảng sau 30 phút vỏ nâu dần 1.1.8 Thành phần hóa học: Thành phần hóa học vải đƣợc tóm tắt bảng sau: Bảng 1.2 Thành phần dinh dƣỡng vải: Thành phần dinh dƣỡng Nƣớc Năng lƣợng Năng lƣợng Protein Lipit tổng Cacbohydrat Xơ tổng Tro Khoáng Canxi Sắt Magie Photpho Kali Natri Kẽm Đồng Mangan Selen Vitamins Vitamin C Thiamin Riboflavin Niacin Vitamin B6 Folate, total Folic acid Đơn vị g kcal Kj g g g g g Giá trị 100g ăn đƣợc 81.76 66 276 0.83 0.44 16.53 1.3 0.44 mg mg mg mg mg mg mg mg mg mcg 0.31 10 31 171 0.07 0.148 0.055 0.6 mg mg mg mg mg mcg mcg 71.5 0.011 0.065 0.603 0.100 14 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ l2 = 1 = = 50.278 kg/kg ẩm d22 - d21 0.032945 - 0.013232 I22 = I21 + ∆2 84.095 = 125.63 + = 127.3 kJ/kgkk l2 50.278 745 × 0.032945 750 Bd22 φ22 = = = 0.609 = 61% Pb22(0.621 + d22) 0.0822( 0.621 + 0.032945) 745 - 0.609 ×0.0822 750 B - φ22Pb22 ρk2 = = × 105 = 1.043 kg/m3 Rk(273 + t22) 287( 273 + 42.2) Xác định thông số hỗn hợp: n= Gh L2 dh2 - 0.013232 - 0.01188 = = = = 0.069 Go Go d22 - dh2 0.032945 - 0.013232 th2 = nt22 + to 0.069 × 42.2 + 20 = = 21.4 oC n+1 0.069 +1 Pbh2 = exp( 12 - 4026.42 4026.42 ) = exp(12 ) = 0.0254 bar 235.5 + th2 235.5 + 21.4 Ih2 = th2Cpk + dh2( r + Cphth2) = 21.4 × 1.004 + 0.013232( 2500 + 1.842 × 21.4) = 55.087 kJ/kgkk 745 × 0.013232 750 Bdh2 φh2 = = = 0.816 = 81.6% Pbh2( 0.621 + dh2) 0.0254( 0.621 + 0.013232) GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 43 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ 745 - 0.816 × 0.0254 750 B - φh2Pbh2 ρkh2 = = × 105 = 1.151 kg/m3 287( 273 + th2) 287( 273 + 21.4) Tiêu hao khơng khí thực tế: l2 = 50.728 kg/kg ẩm L2 = l2W2 = 50.728 × 300 = 15218.4 kg = 2536.4 kg/h Vtb2 = L2 2536.4 = = 2567.2 m3/h 0.5( ρk1 + ρk2) 0.5( 0.933 + 1.043) Tiêu hao nhiệt thực tế: q2 = l2( I21 – Ih2) = 50.728( 125.63 – 55.087) = 3546.76 kJ/kg ẩm = > Q2 = q2W2 = 3546.76 × 300 = 1064028.28 kJ = 177338 kJ/h = 49.26 kW Lập cân nhiệt: Nhiệt đƣa vào hệ thống: Qv = Qs1 + Qo2 Trong đó: Qs = Q2 Qo2h = GoIo = L2 2536.4 Io = × 50.218 = 1845984.57 kJ/h n 0.069 Qo2 = Qo2hτ2 = 1845984.57 × = 11075904.41 kJ = > Qv = 1064028.28 + 11075904.41 = 12139932.69 kJ Nhiệt đƣa khỏi hệ thống: Qr = Q21 + Q22’ + Qm2 + QS2 + Qvt2 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 44 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Trong đó: Q21 nhiệt hữu ích Q21 = W2( r + Cphth2 – Cntm2) = 300( 2500 + 1.842 × 21.4 – 4.18 × 32) = 721697.64 kJ Q22’ tổn thất nhiệt khí thốt: Q22’ = I2’Go I2’ = Cpkth2 + do( r + Cphth2) = 1.004 × 21.4 + 0.01188( 2500 + 1.842 × 21.4) = 51.654 kJ/kgkk Q22h’ = I2’Go = I2’ L2 2536.4 = 51.654 × = 1898771.1 kJ/h n 0.069 Q22’ = Q22h’τ2 = 1898771.1 × = 11392626.6 kJ = > Qr = 721697.64 + 11392626.6 + 272.7 + 14690.592 + 27.2 = 12129195.53 kJ Sai lệch cân bằng: ∆Q = Qv – Qr = 12139932.69 – 12129195.53 = 10737.16 kJ ∆Q% = ∆Q 10737.16 × 100% = × 100% = 0.09% Qv 12139932.69 Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy: ɳ s = Q21 721697.64 = = 0.678 = 67.8% Q2 1064028.28 4.4.3 Giai đoạn III: Tổn thất nhiệt vật liệu: Qm3 = Gm3Cm3(tm32 – tm31) Trong Gm3 = G2 = 300 kg Cm3 = 1.88( – ω32) + 4.18ω32 = 1.88( – 0.25) + 4.18 × 0.25 = 2.455 kJ/kgK tm31= tm22 = 22.2oC, tm32 = tm32 – 20 = 46.4 – 20 = 26.4oC Vậy ta có: Qm3 = 300 × 2.445( 26.4 – 22.2) = 3093.3 kJ GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 45 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ qm3 = Qm3 3093.3 = = 20.622 kJ/kg ẩm W3 150 Tổn thất nhiệt thiết bị vận chuyển: Qvt3 = GvtCvt(tm32 – tm31) = 272 × 0.5( 26.4 – 22.2) = 571.2 kJ qvt3 = Qvt3 571.2 = = 3.808 kJ/kg ẩm W3 150 Tổn thất nhiệt tỏa vào môi trƣờng: Tổn thất nhiệt qua tƣờng bao cửa: Qxq3 = kxq3Fxq∆t3, kxq3 = 1 δ + + α31 λ α32 Các hệ số trao đổi nhiệt α31 = α21 = α11 = 14.51 W/m2K, α32 = 3.188 W/m2K Vậy ta đƣợc: kxq3 = = 0.883 W/m2K 0.075 + + 14.51 0.1 3.188 Qxq3 = 0.883 × 14[ 0.5( 70 +46.4) - 20] = 473.46 W Tổn thất nhiệt qua trần: Qtr3 = ktr3Ftr∆t Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu từ trần tới khơng khí bên ngồi: αtr3 = 1.3α32 = 1.3 × 3.188 = 4.1444 W/m2K Vậy ta có: ktr3 = = 0.943 W/m2K 0.075 + + 14.51 0.1 4.1444 = > Qtr3 = 0.943 × 7.56( 58.2 – 20) = 272.3 W Tổn thất nhiệt qua nền: QN3 = qNFN = 57 × 7.56 = 430.92 W Tổn thất tỏa nhiệt vào môi trƣờng là: QS3 = Qxq3 + Qtr3 + QN3 = 473.46 + 272.3 + 430.92 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 46 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ = 1176.68 W = 4236.048 kJ/h = 101665.152 kJ qS3 = QS3 4236.048 = = 677.77 kJ/kg W3h 6.25 ∆3 = Cntm31 – ( qm3 + qvt3 + qS3) = 4.18 × 22.2 – (20.622 + 3.808 + 677.77) = - 609.404 kJ/kg ẩm Xác định thơng số q trình sấy thực tế: Ta có: d32 = Cpk( t31 - 132) + d31( i1 - ∆3) i2 - ∆3 i1 = r + Cpht31 = 2500 + 1.842 × 70 = 2628.94 kJ/kg i2 = r + Cpht32 = 2500 + 1.842 × 46.4 = 2585.47 kJ/kg = > d32 = l3 = 1.004( 70 - 46.4) + 0.019825( 2628.94 + 609.404) = 0.027511 kg ẩm/kgkk 2585.47 + 609.404 1 = = 130.1 kg/kg ẩm d32 - d31 0.027511 - 0.019825 I32 = I31 - ∆3 609.404 = 122.4 = 127.084 kJ/kgkk l3 130.1 745 × 0.027511 750 Bd32 φ32 = = = 0.413 = 41.3% Pb32( 0.621 + d32) 0.102( 0.621 + 0.027511) 745 - 0.413 × 0.102 750 B - φ32Pb32 ρk32 = = × 105 = 1.038 kg/m3 287( 273 + t32) 287( 273 + 46.4) Xác định thông số trạng thái hỗn hợp: n= dh3 - 0.019825 - 0.01188 = = 1.033 d32 - dh3 0.027511 - 0.019825 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 47 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ th3 = nt32 + to 1.033 × 46.4 + 20 = = 33.4oC n+1 1.033 + Ih3 = Cpkth3 + dh3( r + Cphth3) = 1.004 × 33.4 + 0.019825( 2500 + 1.842 × 33.4) = 84.316 kJ/kgkk 745 × 0.019825 750 Bdh3 φh3 = = = 0.65 = 65% Pbh3( 0.621 + dh3) 0.0473( 0.621 + 0.019825) 745 - 0.65 × 0.0473 750 B - φh3Pbh3 ρh3 = = × 105 = 1.095 kg/m3 287( 273 + th3) 287( 273 + 33.4) Tiêu hao khơng khí thực tế: l3 = 130.1 kg/kg ẩm L3 = l3W3 = 130.1 × 150 = 19515 kg = 813.125 kg/h V3 = L3 813.125 = = 831.4 m3/h ρ31 0.978 V3tb = L3 0.5( ρk31 + ρk32) = 813.125 = 806.67 m3/h 0.5( 0.978 + 1.038) Tiêu hao nhiệt: q3 = l3( I31 – Ih3) = 130.1( 122.4 – 84.316) = 4954.73 kJ/kg ẩm Q3 = q3W3 = 4954.73 × 150 = 743209.26 kJ = 30967 kJ/h = 8.6 kW Cân nhiệt hệ thống: Qv = QS + Qo Trong QS = Q3 Qoh = GoIo = L3 813.125 Io = × 50.218 = 39529.05 kJ/h n 1.033 = > Qo = Qohτ3 = 39529.05 × 24 = 948697.26 kJ Nhiệt đƣa khỏi hệ thống: Qr = Q13 + Q23’ + Qm3 + Qvt3 + QS3 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 48 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Trong Q23’ = GoI2’ I2’ = th3Cpk + do( r + Cphth3) = 33.4 × 1.004 + 0.01188( 2500 + 1.842 × 33.4) = 63.964 kJ/kgkk Q23’ = L3 813.125 I2 ’ = × 63.964 = 50349.2 kJ/h = 1208380.891 kJ n 1.033 Q13 = W3( r + Cphth3 – Cntm31) = 150( 2500 + 1.842 × 33.4 – 4.18 × 22.2) = 370309.02 kJ Qv = 743209.26 + 948697.26 = 1691906.52 kJ Qr = 370309.02 + 1208380.891 + 3093.3 + 571.2 + 101665.152 = 1684019.563 kJ Sai lệch ∆Q = Qv – Qr = 1691906.52 – 1684019.563 = 7886.957 kJ = > ∆Q% = ∆Q 7886.957 × 100% = × 100% = 0.47% Qv 1691906.52 Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy: ɳ s = 4.5 Q13 370309.02 = = 0.5 = 50% Q3 743209.26 Tính tốn chọn calorife 4.5.1 Cơng suất nhiệt calorife Qcal = QS Q1 = Q1: nhiệt cấp kho buồng sấy giai đoạn I, Q1 = 129.038 ɳ cal ɳ cal kW ɳ cal: hiệu suất calorife, ɳ cal = 0.95 Vậy Qcal = 129.038 = 135.83 kW 0.95 4.5.2 Tiêu hao nƣớc calorife GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 49 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ D= Qcal ih - i' , kg/s Trong đó: ih entanpy vào calorife Đây bão hịa khơ bar Vậy ih = i’’ = 2749 kJ/kg i’ entanpy nƣớc bão hòa, i’ = 640 kJ/kg Vậy D = 135.83 = 0.0644 kg/s = 231.86 kg/h 2749 - 640 4.5.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt calorife  Chọn kết cấu calorifer với đặc trƣng: - Chùm ống có cánh bố trí so le với bƣớc ống: s1 = 80 mm, s2 = 45 mm - Ống làm thép có d2/d1 = 24/22 mm với λô = 45 W/mK - Cánh làm đồng có: đƣờng kính dc = 40 mm, chiều dày δc = 0.5 mm bƣớc cánh t = mm, λc = 110 W/mK - Chiều dài ống l = 1200 mm  Tính độ chênh nhiệt độ ∆ttb = ∆tmax - ∆tmin (152 - 20) - (152 - 100) = = 86oC ∆tmax 152 - 20 ln ln ∆tmin 152 - 100  Số cánh ống: nc =  Chiều cao cánh: h = l 1.2 = = 343 t + δc (3 + 0.5)10-3 dc - d2 40 - 24 = = mm 2 l  Kích thƣớc xác định: dxd = l F od2 + F c Flc 2nc Flo + Flc Trong đó: Fl – diện tích phần ống khơng làm cánh; Flc – diện tích cánh ống Do đó: GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 50 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Flo = Πd2tnc = Π(0.024)(0.003)(343) = 0.078 m2 Πdc2 Πd22 Π0.042 Π0.0242 F c = 2[( )–( )]nc = 2[( )–( )]343 = 0.55 m2 4 4 l 0.078×0.024 + 0.55 dxd = 0.55 2×343 0.078 + 0.55 = 0.0278 m  Tốc độ cực đại khơng khí chuyển động qua khe hẹp ωmax Giả sử tốc độ khơng khí vào calorifer ω = 2.5 m/s Khi đó: ω ωmax = 1-[ d2 2hδc + ] s1 s1(t +δc) = 2.5 = 3.6 m/s 24 2×8×0.5 1-[ + ] 80 80(3 + 0.5)  Xác định tiêu chuẩn đồng dạng Với nhiệt độ trung bình khơng khí ttb = 0.5(20 + 100) = 60oC ta tìm đƣợc λ = 2.9 × 102 W/mK; v = 18.97 × 10-6 m2/s Khi đó: Re = ωmaxdxd 3.6×0.0278 = = 5276 v 18.97×10-6 Nu = 0.251Re0.67[ s1 - d2 -0.2 s1 - d2 ] [ + 1]-0.2 d2 t = 0.251×52760.67[ 80 - 24 -0.2 80 - 24 ] [ + 1]-0.2 24 = 34.883  Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu phía khơng khí - Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu cánh αc: Nuλ 34.883×2.9×10-2 αc = = = 36.329 W/m2K dxd 0.0278 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 51 Tính toán thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ - Hiệu suất cánh ɳ c: β = 2αc 2×36.389 = = 36.376 λcδc 110×5×10-4 βh = 36.376×8×10-3 = 0.29 dc 40 = = 1.67 d2 24 Với dc/d2 = 1.67 βh = 0.29, từ biểu đồ ɳ c = f(dc/d2,βh) ta tìm đƣợc ɳ c = 0.96 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu tƣơng đƣơng α2: α2 = αc Fc Fo 0.55 0.078 ( ɳ c + ) = 36.389 ( 0.96 + ) = 35.114 W/m2K F2 Fc 0.55 + 0.078 0.55  Hệ số làm cánh εc: εc = + nc(dc2 - d22) 343(402 - 242) =1+ = 7.65 2d1l 2×22×1200  Hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu ngƣng ống α1 Chọn (tb – tw) = 0.9oC Ta kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ sau tính đƣơc hệ số truyền nhiệt k Khi đó: α1 = 0.720 4 919×9.81×(0.6838)3×2108×10-3 ρgλ3r = 0.720 v(tb - tw)d1 0.2006×10-6×0.9×22×10-3 = 25322 W/m2K  Hệ số truyền nhiệt k k= 1 δ + + α1 λ α2ε2 = 1 0.001 + + 25322 45 35.114×7.65 = 264 W/m2K  Kiểm tra lại độ chênh (tb – tw) - Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua calorifer qc: qc = k∆ttb = 264×86 = 22704 W/m2 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 52 Tính toán thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ - Kiểm tra độ chênh nhiệt độ chọn: nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt qc phải mật độ dịng nhiệt ngƣng q1 Do đó: (tb – tw) = qc 22704 = = 0.897 α1 25322 Nhƣ vậy, giả thiết (tb – tw) = 0.9oC xác  Diện tích bề mặt bên ống F1 Lấy hiệu suất calorifer ɳ = 0.75 Khi F1 bằng: Q 135.83×103 F1 = = = 7.977 m2 k∆ttbɳ 264×86×0.75  Số ống cần thiết n: n = F1 7.977 = = 96 Πd1l Π×22×10-3×1.2  Số ống hàng m Chọn số hàng ống z = 8, đó: m = n 96 = =12 z  Tổng số ống calorifer N: N = mz = 12 × = 96 ống 4.5.4 Kích thƣớc calorifer - Chiều dài: l = 1.2 m - Chiều rộng: a = zs2= × 45×10-3 = 0.36 m - Chiều cao: b = ms1 = 12 × 80×10-3 = 0.96 m 4.6 Tính tốn chọn quạt gió Lƣu lƣợng khơng khí tính tốn lƣu lƣợng thể tích lớn V1 = 8432.16 m3/h Tốc độ khơng khí tiết diện tƣơng ứng đƣợc xác định theo công thức: vkk = V1 ,ở f f diện tích tiết diện tính tốn tƣơng ứng Hệ số trở lực ma sát khơng khí chuyển động bề mặt vật liệu sấy đƣợc lấy theo kinh nghiệm λ = 0.5 Tổn thất áp suất ma sát khơng khí chuyển động bề mặt vật liệu là: GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 53 Tính toán thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ L w2 ∆pl = λ .ρ d N/m2, đây: L – chiều dài xếp vật liệu, L = Lm ρ – khối lƣợng riêng khơng khí buồng sấy w – tốc độ khơng khí buồng sấy W2 Tổn thất áp suất cục đƣợc xác định theo công thức: ∆pc = ∑ξ.ρ , N/m2 ∑ξ tổng hệ số trở lực cục Kết ta đƣợc tổng tổn thất áp suất thực tế ∆p = 62 N/m2 ρtc 1.2 ∆ptc = ∆p = 62× = 92.26 N/m2 0.5(ρk31 + ρk32) 0.5(0.978 + 1.038) Với lƣu lƣợng V = 8432.16 m3/h ∆ptc = 92.62 N/m2 ta chọn quạt No6 Chế độ làm việc có hiệu suất ɳ = 0.7 V.∆p.10-3 6500× 220× 10-3 Công suất quạt: Nc = = = 0.567 kW ɳ 0.7×3600 Cơng suất động chạy quạt là: Ndc = NC 0.567 ×φ= × 1.3 = 0.581 kW quạt ɳ td nối trực tiếp với động ɳ td = 1, hệ số dự phòng φ = 1.3 GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 54 Tính toán thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ KẾT LUẬN Hệ thống sấy vải buồng sấy vận hành đơn giản, không yêu cầu bề mặt rộng, phù hợp với sấy suất nhỏ thủ công Sản phẩm sấy có chất lƣợng cao phƣơng pháp truyền thống Hệ thống đƣợc ứng dụng rộng rãi địa phƣơng trồng vải nhằm tăng lợi nhuận, nâng cao đời sống Hệ thống sấy thiết kế đồ án em cịn hồn thiện nhƣng thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc đóng góp nhƣ lời bảo them thầy cô đóng góp bạn Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 55 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Trần Văn Phú – Kỹ thuật sấy – Nhà xuất giáo dục – 2009 PGS.TS Trần Văn Phú – Tính tốn thiết kế hệ thống sấy – Nhà xuất giáo dục – 2002 Nguyễn Văn May – Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm – NXB khoa học kỹ thuật – 2002 PGS TS Hoàng Văn Chƣớc – Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – NXB khoa học kỹ thuật – 2006 PGS TS Hoàng Văn Chƣớc – Kỹ thuật sấy – NXB khoa học kỹ thuật – 2004 GS TS Nguyễn Bin – Sổ tay hóa cơng tập GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 56 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 57 ... Trong đồ án em có nhiệm vụ ? ?Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, suất 300kg/mẻ” GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế. .. nhanh đồng đều, nhƣng mỏng làm giảm suất thiết bị sấy - Thiết bị sấy: sử dụng thiết bị sấy buồng sấy GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 20 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ Chƣơng IV: TÍNH... Tác nhân sấy qua GVHD: ThS PHẠM THANH HƢƠNG 13 Tính tốn thiết kế buồng sấy để sấy vải, 300kg/mẻ kênh gió nóng thực q trình sấy nhận thêm ẩm vào kênh thải  Thiết bị sấy thùng quay: thiết bị chuyên