Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÈ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH KHÁI NIỆM VỀ BƠM NHIỆT 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRĨÉN CỦA BƠM NHĨỆT Bơm nhiệt có trình phát triến lâu dài, Nicholas Camot đề xuất khái niệm chung Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ vùng nóng đến vùng lạnh, Camot đưa lập luận thiết bị sử dụng để đảo ngược trình tự’ nhiên bơm nhiệt điều chỉnh dòng nhiệt từ vùng lạnh đến vùng ấm Đầu năm 1850, Lord Kelvin phát triến lý thuyết bơm nhiệt cách lập luận thiết bị làm lạnh sử dụng để gia nhiệt Các nhà khoa học kỹ sư cố gắng chế tạo bơm nhiệt không mô hình thành công năm 30 bơm nhiệt sử dụng theo mục đích cá nhân lắp đặt Việc lắp đặt bơm nhiệt gia tăng đáng kể sau chiến II, người ta nhận thấy bơm nhiệt thương mại hóa hoàn tất lý thuyết đảm bảo chất lượng sản phẩm Sản phẩm bơm nhiệt bán vào năm 1952 Từ xẩy khủng hoảng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bước vào bước tiến nhảy vọt Hàng loạt bơm nhiệt đủ kích cở cho úng dụng khác nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện bán rộng rãi thị trường Ngày nay, bơm nhiệt trở nên quen thuộc lĩnh vực điều hòa không khí, sấy, hút ẩm, đun nước Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt: Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt 1.2 HỆ THÓNG SẤY LẠNH sử DỤNG BƠM NHIỆT 1.2.1 Giới thiệu hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt Sự thay đổi môi trường năm gần đây, đặc biệt nhũng năm cuối kỉ đáng lo ngại Những bước tiến nhanh chóng khoa học kỹ thuật, với thay đổi toàn diện lối sống xã hội đại, gây nên tổn hại to lớn nguồn tài nguyên cân sinh thái Hiện tại, vêu cầu đặt văn minh đại việc thõa mãn nhu cầu ngày cao nguồn lượng cạn kiệt trái đất Sự phát triển kỹ thuật nghiên cứu khoa học tự nhiên mang lại câu trả lời thõa đáng Trọng tâm thay đối theo hướng đòi hỏi đáp úng vấn đề cân sinh thái môi trường sống Sấy thiết bị hoạt động chủ yếu ngành thực phâm - nông nghiệp, gây nên ô nhiễm lớn môi trường Việc khử phần hay toàn nước từ Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp vật liệu phức tạp yêu cầu nguồn lượng lượng lớn Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thời gian chu trình, chất lượng sản phẩm, độ cảm nhiệt, vv Kỹ thuật sấy đáp ứng yêu cầu kinh tế bảo vệ môi trường sống phát triển chậm nhiều yếu tố Việc ứng dụng nghiên cún sử dụng bơm nhiệt trình sấy ý, tù' tìm ứng dụng khác kỳ thuật sấy lạnh sử dụng đế thay phương pháp sấy truyền thống từ đem đến nhũng lợi ích tương lại Trong máy sấy đối lưu không khí nóng, không khí gia nhiệt lên đến nhiệt độ sấy (bằng cách sử dụng gia nhiệt điện gia nhiệt sử dụng nhiên liệu) đế làm tăng tốc độ truyền nhiệt trình sấy Điều làm tăng áp suất nước bên tốc độ khuếch tán ấm trong vật liệu theo hướng thoát bề mặt vật liệu, tù' lượng ấm khếch tán vào dòng tác nhân sấy Trong môi trường đối lưu, độ ấm tuyệt đối tác nhân sấy phụ thuộc vào điều kiện môi trường Việc sử dụng bơm nhiệt để hút ẩm trình sấy hoàn toàn điều khiển hoàn toàn thành phần ẩm nhiệt độ tác nhân sấy, lấy lại nhiệt ấn bay nước từ dòng thải Bơm nhiệt thay đối nhiệt độ tù’ thấp đến cao, theo yêu cầu làm việc thiết bị, tù' cung cấp chế độ làm việc khác Loại bơm nhiệt phố biến hoạt động hoạt động theo chu trình nén - bao gồm thiết bị chính: dàn bay hơi, máy nén, dàn ngưng tụ van giãn nở (hình 1.2) Tấm giải nhiệt Bơm nhiệt Hình 1.1: Nguyên lý truyền nhiệt bơm nhiệt Nguồn nhiệt Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Van giãn nở -CXI ‘6 ccb i5 'd Q B ỒO 5b c c 'Cd Q Máy nén Hình 1.2: Các thành phần bơm nhiệt Quá trình truyền nhiệt thực đuợc thông qua thay đối pha làm việc môi chất lạnh Môi chất lạnh giàn bay hấp thụ nhiệt bay nhiệt độ thấp áp suất thấp Khi môi chất lạnh ngung tụ nhiệt độ cao, áp suất cao dàn ngưng tụ, thải nhiệt áp suất cao Khi sử dụng trình sấy, hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt làm lạnh không khí trình đến điểm bão hòa, sau ngưng tụ nước (khử âm), làm tăng khả sây không khí Trong trình tuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt nhiệt ẩn) từ không khí cấu trúc dàn bay dàn ngưng tụ bố trí hình vẽ (hình 1.3) a) Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh DC: Buông sảy E: Dàn bay hoi C: Dàn ngưng tụ Luận văn tôt nghiệp b) Hình 1.3: Hai phương thức trao đối nhiệt thông qua buồng sấy Mũi tên lớn chi dòng tác nhân qua buồng sấy Trong trường hợp thứ (hình 1.3a), máy sấy lạnh hoạt động vừa máy khử âm gia nhiệt không khí Trong cách bố trí thứ hai, dàn bay xen vào dòng không khí ấm không khí lại đưa vào toàn dàn ngưng tụ Việc xếp theo kiếu này, nhiệt ân (cùng với lượng lớn nhiệt hiện) hồi lưu cách khử ẩm khí thải truyền cho không khí trình thông qua dàn ngưng tụ Mô hình thích hợp không khí môi trường khô (độ âm tương đối thấp), lại không kinh tế trình sấy, dòng khí thải tương tự không khí bên Trong hai mô hình trên, khí thải từ buồng sấy hồi lưu lại đến dàn bay nghĩa không khí tuần hoàn toàn hay phần Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Bơm nhiệt bước đầu nghiên cứu với tác dụng khử ấm, sau khủng hoảng lượng nhừng năm 70 Khả ứng dụng việc sấy nông sản phẩm ngày ý đến nhiều ứng dụng bơm nhiệt nông nghiệp bắt đầu với việc sử dụng thiết bị gia nhiệt Những nghiên cún phát triển sau đạt kết với việc phát triển trình sấy sử dụng bơm nhiệt Bằng nhiều cách khác nhau, sử dụng van điều chỉnh áp suất, trao đối nhiệt, điều khiến lưu lượng dòng khí, thay đổi tốc độ máy nén,vv thực tùy thuộc vào yêu cầu thực tế, nguyên lý hoạt động máy sấy sử dụng bơm nhiệt Trong thương mại việc sử dụng máy sấy lạnh để sấy hỗ trợ nhắc đến nhiều nước Châu Âu (NaƯy, Pháp Hà Lan), Châu Á Autralia, công nghệ ứng dụng chủ yếu quy trình chế biến thực phẩm Việc sử dụng bơm nhiệt với quy mô rộng lớn chưa cụ thể hóa nông nghiệp Một yếu tố cản trở việc sử dụng kỹ thuật chi phí đầu tư Vì chi phí đầu vào cao thời gian sử dụng ngắn, loại máy sấy khác chiếm uu Hơn nữa, sản phẩm đời phải đảm bảo tính đổi lẫn dễ sữa chữa, kỹ thuật sấy sử dụng bơm nhiệt có tiềm đáp ứng ứng dụng khác môi trường sản xuất nông nghiệp 1.2.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG SẤY LẠNH Khác với phương pháp sấy nóng, phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh phân áp suất nước vật liệu sấy tác nhân sấy cách giảm phân áp suất tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt vật nhở nhiệt độ bên vật, đồng thời tiếp xúc với không khí có độ ấm phân áp suất nước nhở nên bề mặt có phân áp suất nước nhở phía bên vật Nói khác đi, gradient nhiệt độ gradient áp suất có dấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm trình dịch chuyển ẩm sấy nóng mà ngược lại, có tác dụng tăng cường trình dịch chuyến ấm lòng vật đế bay làm khô vật Khi ẩm vật liệu dịch chuyển bề mặt từ bề mặt vào môi trường lớn Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp nhỏ nhiệt độ môi trường nhỏ 0°c Hình 1.5: Sơ đố hệ thống sấy lạnh 1.2.1.1 Hệ thống sấy lạnh ỏ’ nhiệt độ nhỏ 0°c a Hệ thống sấy thăng hoa Sấy thăng hoa trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trục tiếp tù' trạng thái rắn biến thành trạng thái nhờ trình thăng hoa Đe tạo trình thăng hoa, vật liệu sấy phải làm lạnh điểm ba thể, nghĩa nhiệt độ vật liệu t < 0°c áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p < 620 Pa Từ đó, vật liệu sấy nhận nhiệt lượng đế âm từ trạng thái rắn thăng hoa thành khí vào môi trường Như vậy, hệ thống sấy thăng hoa phải tạo chân không vật liệu sấy làm lạnh vật xuống 0°c ♦♦♦ Ưu điếm: Phương pháp gần bảo toàn chất lượng sinh, hóa học sản phấm bao gồm: màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính, ❖ Nhưọc điểm: -Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không máy lạnh (để kết đông sản phấm làm ngưng kết nước) Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp -Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành bảo dưỡng lớn Sấy thăng hoa thường ứng dụng đế sấy sản phâm quý, dễ biến chất nhiệt như: máu, vắc xin, b Hệ thống sẩy chân không Phưong pháp sấy chân không phưong pháp tạo môi trường gần chân không buồng sấy, nghĩa nhiệt độ vật liệu t < 0°c, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p > 610 Pa Khi nhận nhiệt lượng, phần tử nước vật liệu sấy thể rắn chuyển sang thể lỏng, sau chuyển sang thể vào môi trường ❖ Ưu điểm: Phương pháp giữ chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện vệ sinh ❖ Nhược điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp -Phương pháp sấy chân không thường sấy loại vật liệu sấy sản phẩm quý, dễ biến chất -Do tính phức tạp không kinh tế nên hệ thống sấy thăng hoa hệ thống sấy chân không dùng đế sấy nhừng vật liệu quí hiếm, không chịu nhiệt độ cao Vì vậy, hệ thống sấy hệ thống sấy chuyên dùng, không phố biến 1.2.1.2 Hệ thống sấy lạnh nhiệt độ lớn 0°c Với hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường không khí khử âm phương pháp làm lạnh máy khử ẩm hấp phụ, sau đốt nóng làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu cho qua vật liệu sấy Khi phân áp suất nước tác nhân sấy bé phân áp suất nước bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng bay vào tác nhân sây Như vậy, quy luật dịch chuyên âm lòng vật tù' bề mặt vật vào môi trường hệ thống sấy lạnh loại hoàn toàn giống hệ thống sấy nóng Điều khác cách giảm p am cách đốt nóng tác nhân sấy (d = Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối cp Trong đó, với hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy nhiệt độ môi trường ta tìm cách giảm phân áp suất nước tác nhân sấy p am cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với trình làm lạnh (sau khử ẩm hấp thụ) đốt nóng (sau khử ấm lạnh) Ưu điểm: ❖ - Năng suất hút ẩm phương pháp lớn -Khả giữ chất lượng, hàm lượng dinh dường sản phâm tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy) Nhưọc điểm: ❖ -Chi phí đầu tư ban đầu lớn phải sử dụng máy hút âm chuyên dụng máy lạnh -Chất hút âm phải thay theo định kì -Vận hành phức tạp phí vận hành lớn -Điện tiêu tốn lớn cần chạy máy lạnh đốt nóng dây điện trở đế hoàn nguyên chất hấp thụ -Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh thông số để phù hợp với công nghệ -Trong môi trường có bụi, cần dừng máy đế vệ sinh chất hấp thụ, tuối thọ thiết bị giảm b Phương pháp dừng bơm nhiệt nhiệt độ thấp Trong phương pháp này, người ta dùng hệ thống bơm nhiệt đế tạo môi trường sấy Nhiệt độ môi trường sấy điều chỉnh giới hạn rộng từ nhiệt độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu vật liệu sấy Khác với thiết bị nhiệt lạnh khác, sử dụng bơm nhiệt để sấy khô hút ẩm dàn nóng dàn lạnh sử dụng hữu ích nên suất tiêu thụ tận dụng đến mức cao mà nhiệt độ không khí lại cần trì mức nhiệt độ môi trường thấp ❖ ưu điểm: -Khả giữ màu sắc, mùi vị vitamin tốt -Tiết kiệm luơng nhờ sử dụng luợng dàn nóng dàn lạnh, hiệu Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp sử dụng nhiệt cao -Bảo vệ môi truờng, vận hành an toàn -Có khả điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu khả chịu nhiệt loại sản phẩm nhò' thay đối công suất nhiệt dàn ngưng -Công suất lớn -Chi phí đầu tư hệ thống thấp so với phương pháp sấy lạnh khác -Vận hành đơn giản ♦♦♦ Nhược điểm: -Thời gian sấy thường lâu độ chênh phân áp suất nước vật liệu sấy tác nhân sấy không lớn -Phải có giải pháp xả băng sau thời gian làm việc 1.3 CÁC CỒNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Việc sử dụng bơm nhiệt công nghiệp dân dụng để sấy, sưởi, hút ẩm, điều hòa không khí, nghiên cúu ứng dụng nhiều giới Sau tống quan số công trình nghiên cứu: 1.3.1 Các tác giả nước Tác giả Phạm Văn Tùy công tiến hành nghiên cứu ứng dụng thành công hệ thống bơm nhiệt đế sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng công ty bánh kẹo Hải Hà Năm 1997, 1998 tác giả thiết kế hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun Đe sấy kẹo Jelly với suất 1100 kg/ngày 1400 kg/ngày sử dụng cho phòng sấy lạnh số số Nhà máy thực phấm Việt Trì- Công ty cố phần bánh kẹo Hải Hà Thông số nhiệt độ không khí buồng sấy 22-28°C, độ ẩm 30-40% Sơ đồ nguyên lý hệ thống hình vẽ: Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramem Cộng Hòa Liên Bang Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo caramem hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng máy lạnh Trane TTK 530 10 * Đường kính ống: Đường ống cho máy lạnh Freôn ta chọn loại ống có thông số: 4.vd _ 14.1,69.1(T3 = 0,0134 m 7TMd ~]Ị 3,14.12 - Đường kính trong: dtd - 15 mm dtd - Đường kính ngoài: dnd= 18 mm 5.5.6 Thiết bị hồi nhiệt > Công dụng: Thiết bị hồi nhiệt có tác dụng nhiệt hoi hút máy nén đế tránh lọt lỏng vào máy nén gây tượng va đập thủy lực làm hư hỏng thiết bị lạnh lỏng cao áp đế giảm tốn thất lạnh van tiết lưu > Cấu tạo: 1- Đường vào hơi hạ áp 2- Đường lỏng cao áp 3- Đường vào lỏng cao áp 4- Đưòng hạ áp 5- Ống xoắn 6- Ống trụ kín > Nguyên lý: Lỏng cao áp chảy bên ống xoắn trao đối nhiệt với hạ áp chảy bên ống làm cho hạ áp tù' bão hoà trở thành nhiệt Lỏng cao áp nhả nhiệt cho hạ áp lạnh phần Ồng trụ kín đầu có nhiệm vụ hướng cho dòng qua ống xoắn làm tăng tốc độ dòng để tăng cường hiệu trao đối nhiệt Bình hồi nhiệt bọc cách nhiệt * Thông so thiết kế - Công suất thiết bị hồi nhiệt: Ọhn = 0,57 kw - Nhiệt độ lỏng môi chất vào: t]’ =t3 = 45 °c - Nhiệt độ lỏng môi chất ra: h” =t3’ = 15 °c - Nhiệt độ môi chất vào: th' =ti = °c - Nhiệt độ môi chất : th” =t| ’ = 25 °c Tính chọn đường kính ống Với lỏng R22 chảy ống, tốc độ môi chất nằm khoảng (0,4 - 1) m/s Ta chọn (ừ — 0,8 m/s > Lưu lượng thể tích lỏng chảy ống là: V = G.V3 = 0,031.0,9011.10‘3 = 2,8.10’5 m3/s > Đường kính ông: Theo kích thước tiêu chuẩn đường ống bảng loại ống đồng cho máy lạnh Freon ta chọn di = mm Khi đó, đường kính là: Ở2 = 10 mm > Đường kính vòng xoắn: Chọn Dx = 80 mm Chọn khe hở ống xoắn với thiết bị Đường kính phần lởi quấn ống (đế dễ lắp đặt ta lấy khoảng hở ống xoắn lỏi quấn s, = 5mm) Khi đó: D] = Dx - s, - Ớ2 = 80 - 2.5 - 10 = 67,5 mm > Tiết diện tự thiết bị hồi nhiệt: p p,2 Dĩ (p, 2SỴ -(£>,- 2S - 2,d2 ý 4 - - - 0,1 12 -0.0675 -(0,1 1-2.0,01)2 +(0,1 -2,0,01 -2.0,01) ’ = = 0,00341 m2 > Lưu lượng thể tích môi chất: V = G.Vi = 0,031.0,04698 = 1,456.10‘3 m3/s > Tốc độ môi chất thiết bị hồi nhiệt: 0,427 m/s V co = — = -—— 1,456.10“ F 0,00341 Tính toán diện tích trao đổi nhiệt ❖ Diện tích trao đối nhiệt tính tù' phương trình truyền nhiệt — ^ m2 F _ _Qhn k.Atlb ■ Qhn - Phụ tải thiết bị hồi nhiệt Qhn = 0,57 kw ■ k - Hệ số truyền nhiệt, W/m2K ■ Atlb - Độ chênh nhiệt độ lôgarit trung bình, °K > Tính độ chênh nhiệt độ trung bình: Trong thực tế, nhiệt độ thiết bị ngưng tụ giảm từ t2 xuống tk, giữ nguyên tk trình ngưng tụ lại giảm qúa lạnh Nhưng tính toán coi nhiệt độ thiết bị ngưng tụ không đối tk Độ chênh nhiệt độ trung bình tính theo công thức: tb A^max A^min Op At A/min Trong đó: ■ A/max - Hiệu nhiệt độ lớn nhất: A/max = t y - t \ =25-0 = 25 °c ■ A/mjn - Hiệu nhiệt độ bé nhất: A/min - ¿3 - t y - 45-38 = °c Thay vào công thức ta có tính Attb = 14,1 °c > Xác định hệ sổ truyền nhiệt k: Do ống có chiều dày mỏng (d 2/di= 1,2 Nhiệt độ trung bình môi chất lỏng: ttb = 0,5(t3 + t30 = 0,5(45 +38) = 41,5 °c Tra bảng tính chất vật lý đường bão hoà R22 với nhiệt độ 41,5 °c ta có: p k = 1125,8 kg/m3; p= 2,17.10’4Ns/m2; Ảk-=7,63.10'2 W/mK; Pr = 3,794 > Ta tính hệ số Re theo công thức sau: V = — - 60 Rc = Vp ứĩ d - \-P- p 0,4.0,008.1125,8 = J 2,17.10 66 1()4 Như dòng chảy ống chảy tầng (Re>1.10 4) Khi hệ số Nu tính theo công thức: Nu = 0,021 Re°’8.Pr0-43 A £ .£, Trong đó: A - Hệ số ảnh hưởng chiều dòng nhiệt: A Coi tf = tw nên A = ■ £x - Hệ số kể đến chiều dài ống £x = ■ £R - Hệ số ảnh hưởng uốn cong Thay vào ta có: £ R + 0,0 1,77— = 08 + 0,5.0 1,77 R ,08 = 1,354 Nu = 0,021.(1,66.104)°'8.3,794°’43.1.1.1,354 = 120 Vậy: b) Hệ số toả nhiệt a2 Nu.Ả 120.7,63.10-2 „.,2^ jL a, = —— = - = 1144,5 w/m K dx 0,008 KI Nuf= 0,26.Re°!65.Pr ỳ33 £s Trong đó: Pr, A - Hê số ảnh hưởng chiều dòng nhiêt: A = —t- Coi tf = Ipr»j tw nên A = £s - Hệ số ảnh hưởng bước ống Coi chùm ống có dãy ống song song bước ống s = R = 35 mm (\ = s dr, 0,15 X xO15 0,035" ’ 0,01 = 1,207 \2J > Nhiệt độ trung bình hoi môi chất thiết bị: ttb = 0,5(ti + tr) = 0,5(0 +25) = 12,5 °c Tra bảng tính chất vật lý đường bão hoà R22 với nhiệt độ 12,5 °c ta có: pk = 1240 kg/m3; //= 2,5.lo' Ns/m2; A,= 0,0913.10'3 W/mK; Pr = 3,3 > Ta tính hệ số Re theo công thức sau để ý V = — : Re= = V p p 0,4.0,01.1240 _ 2,5.10” Thay vào ta có: Nu = 0,26.(1,984 104)°'65.3,30'33 1.1,207 = 289,2 Vây: «, = d2 = 289’2-0,0913 = 2640 W/m2K 0,01 Thay vào công thức ta có hệ số truyền nhiệt: ý k= 0,001 1 ỏ1 + — + Khoa Công nghệ Nhiệt — Lạnh 1144,5 389 2640 — ax Ẳ a2 _Ổ^ = -ĩll -= 0,051 m2 k.ầt,b > Luận văn tôt nghiệp > Diện tích trao đối nhiệt: F= = 796,7 W/mK , , 796,7.14,1 , p Chiêu dài ông xoăn: 7T.dlb =——,m Trong đó: dtb = 0,5(di+d2) = 0,5(10 + 8) = mm Thay vào ta có: , _ F 0,051 _ , o, 7ĩ.d 3,14.0,009 =—— = -——— = 1,81 m th > Chiều dài li vòng xoắn: \\- K ,DX= 3,14.0,08 = 0,25 m > Số vòng xoắn: / 1 n = — = —— = 7,3 vòng Chọn n = vòng / , 0, 5.7 TÍNH TOÁN TRỞ Lực VÀ CHỌN QUẠT a) Tính toán đường ông dân tác nhân sây Theo sơ đồ bố trí hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn không khí từ quạt vào buồng sấy Diện tích mặt cắt xác định theo công thức : 103 ÙJ Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp - F : Diện tích tiết diện đường ống dẫn, m2 Trong : - V : Lưu lượng không khí đoạn ống, m3/s - co : Tốc độ không khí ống, m/s %+Chọn co: Đe lựa chọn tốc độ gió thích hợp toán kinh tế kỹ thuật phức tạp Bởi vì: • Khi chọn tốc độ lớn đường kính ống nhỏ, chi phí cho đầu tư thấp, nhiên trở lực hệ thống lớn độ ồn khí động dòng không khí cao • Khi chọn tốc độ thấp đường kính ống lớn, chi phí cho đầu tư lớn, khó khăn cho lắp đặt độ ồn giảm Đe phù hợp với hệ thống ta chọn tốc độ gió kênh dẫn gió m/s *♦* Tính lưu lượng không khí -Trong chương ta tính toán luu lượng không khí tuần hoàn giây Gkk = 0,216 kg/s Với nhiệt độ trung bình buồng sấy 30,5 °c, tra bảng phụ lục - Thông số vật lý không khí khô ta có p =1,163 kg/m3 Khi ta có: V = 5**_ = 5i!H = 0,113 m3/s p 1,163 V 113 > Vậy: ? F = — co = -1—— 0,019 m2 Đường kỉnh dân không khí > Ta chọn đường kính ống dẫn d = 200 mm 104 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp ♦♦♦ Xác định chiều dài đường Chiều dài toàn đường ống /, m xác định dựa vào so đồ bố trí hệ thống Theo tính toán sơ chiều dài tống cộng đường ống gió hệ thống tù’ xử lý không khí đến miệng thối vào buồng sấy khoảng = 3,5 m b) Tỉnh toán trở lực hệ thông Sơ đồ tính toán khí động ♦♦♦ Tôn thất áp suất đường gió • Tốn thất ma sát: Tốn thất ma sát tính theo công thức: a2 Trong đó: X- Hộ số tốn thất ma sát + - Chiều dài ống = 3,5m 105 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp + d - Đường kính tương đương ống, d = 0,18m + 03 - Tốc độ không khí ống (0 = m/s + p - Khối lượng riêng không khí nhiệt độ 30,5 °c Tra bảng Phụ Lục - Thông số vật lý không khí khô, ta có thông số không khí 30,5 °c là: /7=1,163 kg/m3; v= 16,03.10‘6 m2/s Khi đó: -°’16 - =6,59.1 o5 Re = —= V 16,03.10" Với ống tôn mỏng bề mặt láng, tiết diện tròn Re>10 thì: L = 0,0032 + 0,221.Re°’237= 0,0032 + 0,221.[ 6,59 05]'°’237= 0,0124 ^ XT/v ^ , ì.p of - d ^ 3,5.1, 163.6 > Vây: AP = Ẳ — — = 0,0124 J _ _ TT _ —= 5,7 mmH20 0,16.2 ♦♦♦ Tôn thất cục hộ Ap.h Hệ thống đường ống gió gồm có: • van điều chỉnh gió tiết diện hình chừ nhật D/D0 = 0,9 góc nghiêng = 0° ta Ị, = 0,19 • cút tiết diện hình chữ nhật theo khung buồng sấy ta có £ = 1,37 • Trở lực qua khay sấy xếp song song ta có ệ = 0,5 Tôn thất cục tỉnh theo công thức: AP,fc =^.^- = (0,19 + 4.1.37 + 5.0,5)1,163,6 = 129,2 mmH20 > Vậy tống tổn thất đường ống gió: AP Ị = APms + APcb = 5,7 + 129,2 = 134,9 mmH?0 c) Tôn thất qua thiết bị hệ thống 106 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp -Tính AP2: trở lực thiết bị lọc bụi, buồng xử lý không khí, buồng sấy Trở lực thiết bị lọc bụi tùy theo tùng kiểu lọc bụi khác mà trở lực khác Trong hệ thống mật độ bụi không nhiều nên ta chọn thiết bị lọc bụi đơn giản lọc bụi kiểu lưới Thiết bị lọc bụi kiểu lưới trở lực lưới lọc nằm khoảng 30-^40 Pa Ta chọn trở lực lưới sử dụng hệ thống sấy 35 Pa = 3,57 mmH20 -Trở lực qua buồng xử lý không khí tính theo công thức: AP'= (30 - 70) , mmH20 Với co= 2,5 m/s ta chọn trở lực qua buồng xử lý không khí 220 mmH20 Vậy AP2 = 226 mmH20 Bảng 4.3: Tổn thất khí động bên hệ thống sấy Vị trí Dạng tôn thât Tổn thất (mmH20) Trở lực cục đường ống 28,9 Trở lực cục qua khay sấy 53 Trở lực cục đường ống 28,9 Trở lực cục đường ống 28,9 Trở lực cục qua buồng xử lý không khí Trở lực cục đường ống 226 28,9 Trở lực cục qua van điều chỉnh gió 3,4 Tổn thất ma sát qua buồng sấy 5,7 Trở lực cục qua lưới lọc 3,5 > Như tống tốn thất trở lực hệ thống là: AP = AP\+ AP2 = 407,2 mmLLO d) Chọn quạt Ta có suất quạt N là: 107 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Vp, AP N = k — -; kW 3600.102./?./7í/ Trong đó: V- lun lượng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy, m3/h Ap tống cột áp quạt phải thực hiện, mmH20 k - hệ số dự phòng, k =(1,1 +1,2) Chọn k = , rjq - hiệu suất quạt, TỊq = (0,4 -i-0,6) Chọn qq =0,6 p{) = 1,293kg! m’ - khối lượng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn p = 1,163kg / m3 - khối lượng riêng không khí nhiệt độ trung bình TNS XV, * Thay sô: ,0,113.3600.1,293.407,2 = n Q0 , w N = 1,1 — - -—— = 0,92 kW 3600.102.1,163.0,6 Dựa vào suất quạt N, lưu lượng quạt V cột áp AP ta lựa chọn loại quạt hướng trục đế phù hợp với cấu trúc thiết kế buồng sấy với thông số sau: N Loại đường kính guồng cánh 250 mm N Tốc độ: 2760 vg/ph S Lưu lượng: 500- 700 m3/h S Áp suất: 500 - 800 mmHọO N Công suất: N = 1,2 kw CHƯƠNG VI: CHI PHÍ QUÁ TRÌNH SẤY VÀ THỜI GIAN HOÀN VỐN 6.1 a ưóc tính chi phí sấy thời gian hoàn vốn Chi phí nhiên liệu Các thông số có: •C Thời gian sấy mẻ: 24,3h giảm âm từ 88,7% xuống 13% N Tỉ lệ tươi/khô = 7,7 S Năng suất sấy : kg/mẻ •C Công suất tổng : 4,57 kw (Máy nén 3,25 kw quạt 0,92kW, chiếu sáng 0,4kW) N Giá thành điện : 1000đ/hWh Ta tính được: 108 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp • Năng suất sấy (kg/h) = Năng suất sấy [kg/mẻ]/thời gian sấy mẽ [h] = 7/24,3 = 0,29 kg/h • Chi phí nhiên liệu để sấy lkg cà rốt khô Chi lượng (đ/kg) = Năng lượng động (kWh)*giá lượng(đ/kWh)/năng suất sấy (kg/h) = 4,57*1000/0,29 = 15758 đ/kg b Chi phí lao động Công lao động tính theo thời gian 50000(đ/ca), ca • Công theo thời gian = Công theo thời gian (đ/ca)/ 8giờ = 50000/8= 6250 đ/h • Công theo thời gian = Công theo thời gian (đ/h)/ Năng suất sấy (kg/h) = 6250/0,29 = 21551 đ/kg c Chi khấu hao Giả sử ta sấy 24 ngày • Năng suất sấy ngày (kg) = Năng suất sấy (kg/h)*24(h/ngày) =0,29.24 = 6,96 kg/ngày => Năng suất sấy năm (kg) = số ngày sấy năm* Năng suất sấy mồi ngày (kg/ngày)= 365.6,96 = 2540,4 kg/năm Đe đơn giản cho việc tính toán kinh tế, ta thay bơm nhiệt máy điều hòa có công suất lạnh tương tự bơm nhiệt tính toán Với công suất lạnh dàn lạnh 5,16 kw tương đương với công suất lạnh 17606 Btu/h Ta chọn máy điều hòa hãng Daikin có model FT50BVM với thông số: + Năng suất dàn lạnh: 18090 Btu/h + Năng suất dàn nóng: 48000 Btu/h + Công suất điện: 1650 w + Dòng điện : 7,9 A + Môi chất: R22 + Gía tiền: 15 000 000 đ Tính thêm khoản đầu tư ban đầu để xây dựng hầm sấy mua quạt, Vậy tống vôn đầu tư 109 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp cho toàn buồng sấy ước tính đạt là: Tổng đầu tu- = 18 000 000 đ Tuổi thọ hệ thống 10 năm Do diện tích đặt máy sấy không nhiều nên bỏ qua khấu hao nhà xưởng Khau hao phần sấy động năm là: Khấu hao = tổng đầu tư / tuổi thọ = 18000000/10= 1800000 đ => Chi khấu hao = khấu hao năm/ Lượng sấy năm = 1800000/2540,4= 709 đ/kg Chi khấu hao sữa chữa V = 1,5 * Chi khấu hao = 1,5.709 = 1063,5 đ/kg Bảng Tổng họp thành phần chi phí Các loại chi phí Thành phần chi phí sấy Chi phí cố định Chi phí khấu hao sữa chữa 1063,5 Chi phí lượng động 15758 Chi phí lao động 21551 Chi phí vân hành Tống cộng chi để có lkg ơt khô 6.2 Chi phí (đ/kg) 38372 Tổng thu thời gian hoàn vốn ♦ Chi nguyên liệu đầu vào năm Giá cà rốt tươi = 8000 đ/kg Lượng ớt tuơi sấy năm = 2540,4.7,7 = 19561 kgtươi/năm Chi phí nguyên liệu năm =19561.8000 = 156488000 đ/năm Tổng chi năm = 156488000 + 38372.2540,4 = 253968300 đ/năm ♦ Tống thu năm Giá cà rốt khô 120 000 đ/kg Tổng thu năm =2540,4.120000 = 304848000 đ/năm ♦ Lãi năm 110 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Lãi năm = Tổng Thu -Tổng Chi = 304848000 - 253968300 = 50879700 đ/năm ♦ Thời gian hoàn vốn Thời gian hoàn vốn = Tổng đầu tư/lãi năm = 18000000/ 50879700 = 0,354 năm (4 tháng ngày) Nhiệt lưọng dàn nóng cung cấp cho trình sấy đế làm bay hoi kg ấm 111 [...]... nghiệp CHƯƠNG II: Ủ NG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN RAU QUẢ VIỆT NAM 2.1 ĐẶC TRƯNG CỦA NỀN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Việt Nam là một nước nông nghiệp có điều kiện khí hậu đa dạng với nhiều vùng tiếu khí hậu: ôn đới và nhiệt đới, có thể trồng và thu hoạch rau quả quanh năm Với việc thay đối về tổ chức, quản lý kinh tế, trong 10 năm trở lại đây ngành nông nghiệp của Việt Nam phát triển tương... Đa số, sản phẩm sấy đều ổn định chất lượng trong nhiều tuần 2.5 Vai trò của công nghệ sấy lạnh đối vói công nghiệp chế biến và bảo quản rau quả 2.5.1 Sử dụng bơm nhiệt trong bảo quản rau quả Bơm nhiệt đã được nghiên cún sử dụng trong nông nghiệp vào những năm 1950 và đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trong trại sản xuất bơ sữa, sấy ngũ cốc, gỗ xây dụng, w Hầu hết các nghiên cún trước đây... Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp việc tăng khả năng bảo quản rau quả sau khi thu hoạch Nhìn chung, công nghiệp chế biến rau quả của Việt Nam còn nhở bé, chưa tưong xứng với tiềm năng sản xuất rau quả; sức cạnh tranh còn thấp, chủng loại sản phấm còn đơn điệu, giá thành cao chưa đáp úng được nhu cầu của thị trường trong và ngoài nước 2.2 CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG BẢO QUẢN RAU QUẢ Kỹ thuật bảo quản... như ứng dụng triển khai - chuyến giao các kết quả nghiên cứu, các quy trình công nghệ bảo quản hay chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quan trọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả Hiện nay, việc phố biến những kiến thức khoa học và chuyến giao các kết quả nghiên cứu chưa tương xứng với vai trò và tiềm năng của nó Rau quả hiện nay vẫn chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, mà như đã biết rau quả. .. sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy rau quả vì rau quả là sản phẩm chịu nhiệt kém: 30 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Trong môi trường âm, nếu nhiệt độ cao hơn 60°c thì protein đã bị biến tính; trên 90°c thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, rau quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy rau quả. .. thuật sấy hiện đại bằng tia hồng ngoại Dưới đây là bảng so sánh các phương pháp sấy khác nhau với phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sở Công Nghiệp Hà Nội 20 Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Luận văn tôt nghiệp Bảng LI: Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sẩy bằng bơm nhiệt sẩy lạnh với phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại Sấy lạnh sử dụng Thứ... dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao ❖ Lý thuyết sấy rau quả Sấy rau quả thông thường được thực hiện ở 3 dạng chủ yếu: dạng nguyên (hoặc miếng); dạng bản mỏng và dạng bột hoặc nhũ tương Tuỳ theo dạng sản phẩm, công nghệ sấy rau quả có sơ đồ chung như sau: • Rau quả tươi sau khi rửa sạch được loại bỏ phần không đủ tiêu chuẩn, được phân cỡ theo kích thước, làm sạch, cắt miếng Sau đó rau quả. .. Trong công nghiệp sấy rau quả, để ngăn ngừa quá trình oxy hoá làm biến màu rau quả khi sấy, người ta sử dụng các chất chống oxy hoá như axit suníurơ, axit ascobic, axit xitric và các muối natri của axit Sunfurơ (như sunfit, bisunfit, metabisunfit, ) để xử lý hoá chất cho rau quả trước khi sấy • Yeu tố tác động nhiều đến chất lượng sản phấm rau quả khô là nhiệt độ sấy, nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy. .. với điều kiện của Việt Nam thì nên dùng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp Trong thực tế, ở một số nhà máy nhập dây chuyền công nghệ sấy sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết họp với máy sấy không đạt hiệu quả và đã chuyến sang dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp • So với sấy thăng hoa và sấy chân không: Chất lượng sản phấm của hai phương pháp này thường tốt hơn sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt... sản phấm sau khi sấy Các phương pháp sấy khác nhau có nhừng un điểm và nhược điểm trong quá trình sấy các sản phẩm rau quả Trong đó, phương pháp sấy nóng đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, thời gian sấy nhưng lại không đáp úng tốt các đòi hỏi về chất lượng sản phẩm Ngược lại, đối với các sản phẩm sấy kén nhiệt đòi hỏi phải có quy trình sấy phù hợp hơn Công nghệ sấy lạnh là một công nghệ mới được dùng