TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên: Đoàn Thị Mỹ Phương MSSV: 15L1031128 Lớp: CNTP 49C Khoa: Cơ khí – Cơng nghệ Ngành:Công Nghệ Thực Phẩm Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống buồng sấy chuối suất 350 kg sản phẩm / mẻ Các số liệu liệu ban đầu: Độ ẩm ban đầu 75%, độ ẩm sản phẩm khô 15% Năng suất sấy: 350 kg sản phẩm / mẻ Khơng khí bên ngồi: 25oC độ ẩm 84% Nguồn cung cấp lượng: Khơng khí nóng Nhiệt độ tác nhân sấy vào:  Giai đoạn 1: nhiệt độ tác nhân sấy 60oC  Giai đoạn 2: nhiệt độ tác nhân sấy 75oC  Giai đoạn 3: nhiệt độ tác nhân sấy 90oC Nội dung thuyết minh tính tốn: Đặt vấn đề Quy trình cơng nghệ Tính cân vật chất Tính tốn cơng nghệ - thiết bị Tính tốn thiết bị truyền nhiêt – thiết bị phụ Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ):  Bản vẽ A3 đính kèm  Bản vẽ chi tiết A1 Họ tên giảng viên hướng dẫn: Th.s Trần Bảo Khánh Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Huế , ngày tháng năm 2018 Chủ nhiệm môn Giảng viên hướng dẫn ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nhiều năm gần nông nghiệp nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta xuất nông sản với chế phẩm đến nước khác Tuy nhiên việc bảo quản sản phẩm tươi kéo dài điều khó khăn Vì người ta đưa kỹ thuật sấy vào việc kéo dài thời gian bảo quản Áp dụng kỹ thuật sấy kéo dài thời gian bảo quản cho nông sản mà làm đa dạng cho sản phẩm nơng sản Chuối loại nông sản nhiều người biết đến trồng nhiều tỉnh thành, nhiên người dân trồng chuối thường suy nghĩ nhiều việc chuối mùa thương lái lại không mua làm người dân phải bỏ hàng trăm buồng chuối tạo Vì để đáp ứng nhu cầu người dân tìm cách bảo quản cho chuối làm cho sản phẩm chuối trở nên đa dạng nên em chọn đề tài thiết kế hệ thống buồng sấy chuối nhằm tạo phương pháp bảo quản lâu dài tạo sản phẩm đa dạng nâng cao kinh tế cho người dân Với kiến thức hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên chắn khơng tránh sai sót, mong thầy cô môn dẫn thêm để hoàn thành tốt đồ án sau CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1.1.Nguồn gốc [10] Họ chuối: Musa troglodytarum Phân loại khoa học: - Giới : Plantate, angiospermae - Ngành: Magnoliophyta - Lớp : Liliopsida - Phân lớp: Zingiberiadae - Bộ : Zingiberales - Họ: Musaceae - Chi: Musa Chuối tên gọi loại thuộc chi Musa, trái trái ăn rộng rãi Những có nguồn gốc từ nhiệt đới Đông Nam Á Úc Ngày nay, trồng khắp vùng nhiệt đới Chuối trồng 107 quốc gia 1.2.Đặc điểm tính chất vật lý chuối 1.2.1 Đặc điểm chuối Chuối loại dài, vỏ nhẵn có quanh năm Chuối có nhiều màu sắc kích thước khác Chúng trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng ngành công nghiệp dệt chế tạo giấy Chúng ta thưởng thức loại cách ăn trực tiếp chín, chế biến thành nhiều ăn hấp dẫn khác từ chuối, chẳng hạn loại bánh chuối, salad hoa quả, bánh nướng, tráng miệng,… Chuối có nhiều màu sắc kích cỡ khác Khi chín, chuối có màu vàng, màu đỏ sẫm màu tía ( hay màu trứng quốc) Có tất 50 loại chuối khác thể giới Đặc điểm chung hình dạng chuối chuối gắn kết với thành buồng, buồng chia thành nhiều nải, nải có khoảng từ 10-20 Chuối tốt có nhiều cơng dụng, đặc biệt chuối chín Khi chín, tinh bột chuyển hóa thành đường tự nhiên, chuối chín thường có vị dịu thơm 1.2.2 Tính chất vật lý chuối - Khối lượng riêng: ρ=977 kg/m3 - Nhiệt dung riêng: c=1,0269 kJ/kgK - Hệ số dẫn nhiệt : λ=0,52 W/mK - Kích thước chuối: Đường kính : d=2÷5 cm Dài: l=8÷20 cm - Khối lượng: 50÷200 gram - Độ ẩm vật liệu sấy: Độ ẩm chuối trước đưa vào sấy: ω1=75÷80% Độ ẩm chuối sau sấy: ω2=15÷20% - Nhiệt độ sấy cho phép: t=(60÷90)oC 1.3.Thành phần hóa học chuối Chuối loại trái giàu chất dinh dưỡng, Trái chuối chín chứa 75-80% nước, 20-30% chất khơ, chủ yếu đường, đó, đường khử chiếm 55%, Lipit thấp, từ 0,1 - 0,2% Hàm lượng protein thấp, từ - 1,8% gồm 17 loại acid amin, chủ yếu histidin, lipit không đáng kể Acid hữu chuối vào khoảng 0,2%, chủ yếu acid malic acid oxalic, chuối có độ chua dịu Chuối chứa vitamin hàm lượng cân đối, ngồi có muối khống, pectin hợp chất polyphenol Bảng 1.1 Thành phần hóa học chuối (%) [11] Nước 76,38 Đường khử 14,18 Axit Sacaroza hữu 2,35 0,326 Tinh bột Protid 3,298 0,92 Acid amin Lipit Tanin 0,083 1,13 0,068 Vitamin ( mg%) 0,568 1.3.1 Glucid Các hợp chất glucid đóng góp vào việc làm tăng hàm lượng chất khô sản phẩm, tạo nên hương vị đặc trưng đồ hộp nước chuối Ngoài yếu tố cảm quan, hợp chất glucid sinh lượng nên làm tăng giá trị dinh dưỡng Đối với polysaccharide pectin, giá trị sinh học thể khả hỗ trợ trình tiêu hóa, hạn chế bệnh lý đường tiêu hóa… Ngồi hợp chất glucid tham gia cấu tạo nên hợp chất glycoside đóng vai trò quan trọng phòng chữa bệnh 1.3.2 Protein Tro 0,7 Protein chủ yếu enzyme, nguyên nhân gây tượng khơng mong muốn, điển hình biến màu dịch chiết chuối từ màu sang màu nâu thẫm Thêm trình tủa protein dịch chiết chuối, làm cho dịch sản phẩm không đồng không phù hợp mặt cảm quan Xử lý nhiệt q trình xử lý ngun liệu mục đích để vô hoạt enzyme bất lợi (như polyphenoloxydase gây biến màu sẫm) thơng qua q trình chần hấp 1.3.3 Chất béo Chuối có chất béo Chất béo tồn màng nguyên sinh chất tế bào mô dự trữ Hàm lượng chất béo thấp nên gần không ảnh hưởng đến công nghệ chế biến 1.3.4 Các chất thơm Các chất thơm tạo hương thơm đặc trưng cho sản phẩm Trong chuối, isoamylacetate hương chuối chín, mùi thơm đóng vai trò chủ đạo Chúng dễ bay nên dễ bị trình chế biến gia nhiệt Vì cần chọn chế độ xử lý thích hợp có biện pháp thu lại hương 1.3.5 Các acid Các acid hữu có chuối đóng vai trò tạo vị, bổ sung thêm acid nhằm độ đường/acid cần thiết nước giúp chống oxy hóa Các acid diện chuối acid malic, citric, oxalic tartaric Độ pH chuối vào khoảng 4,5 - 5,2 1.3.6 Các khoáng chất Khống chất chuối có nhiều ứng dụng quan trọng y học Ngoài số thành phần calcium, kali, phospho, chuối có magie, natri Các clorua, phosphat, lưu huỳnh vitamin thiết yếu Xét mặt dinh dưỡng, chuối có giá trị khoai tây tương đương với thịt, 100g cho 100calo dễ tiêu hóa Bảng 1.2 Các khống chất có chuối [11] Khống chất Hàm lượng (mg) Calcium Kali 358 Phospho 22 Sắt 0,26 Magie 27 Kẽm 0,15 1.4.Công dụng chuối Chuối dùng phương thuốc chữa bệnh hiệu Hơn nữa, chúng có chứa lượng đường cao nên xem loại thực phẩm giàu lượng Với giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa mang lại số lợi ích cho sức khỏe - Chuối tốt việc cải thiện hệ tiêu hóa khơi phục chức hoạt động ruột Chuối giúp ích giảm thiểu bị táo bón Trong trường hợp bị tiêu chảy, thể lượng chất điện giải quan trọng, ăn chuối giúp thể khôi phục lại chất điện giải, chuối có chứa lượng kali cao - Axit béo có chuối xanh giúp nuôi dưỡng tế bào niêm mạc dày Những tế bào có hữu ích việc hấp thụ canxi cách hiệu qur, cần thiết cho phát triển khỏe mạnh hệ xương - Chất amino acid tryptophan có chuối chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu triệu chứng trầm cảm cải thiện tâm trạng Như vậy, chuối phương thuốc tốt nhằm giảm căng thẳng tình trạng bị stress - Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy thối hóa điểm vàng, nguyên nhân gây giảm thị lực người cao tuổi - Do chứa hàm lượng kali cao lượng natri thấp, nên chuối lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy bị huyết áp hay đột quỵ - Chuối giàu hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, ăn chuối thường xun giúp ngăn ngừa nguy ung thư thận - Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin máu giảm thiểu bệnh thiếu máu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 2.1.Bản chất mục đích q trình sấy 2.1.1 Bản chất trình sấy Sấy bốc nước sản phẩm nhiệt nhiệt độ thích hợp, q trình khuếch tán chênh lệch ẩm bề mặt bên vật liệu, hay nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu môi trường xung quanh 2.1.2 Mục đích - Giảm khối lượng - Tăng thời gian bảo quản sản phẩm - Giảm độ kết dính, đóng cục vật liệu dạng bột - Tăng khả dẫn nhiệt (đối với than củi, than quặng,…) - Tăng độ bền - Chống ăn mòn 2.1.3 Nguyên tắc q trình sấy Sấy q trình cơng nghệ phức tạp Về nguyên tắc, có nhiều phương pháp sấy khác Theo dấu hiệu lượng ta có hai ngun tắc chính: - Loại bỏ ẩm (nước) khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết dạng lỏng - Loại bỏ ẩm thay đổi trạng thái liên kết: lỏng vật liệu thành Cơ chế mô tả trình sau: - Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu - Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào vật liệu - Khi nhận nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ngồi bề mặt - Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh 2.2.Phân loại trình sấy Người ta phân biệt phương pháp sấy: - Sấy tự nhiên: Tác nhân nắng, gió,… Phương pháp thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh độ ẩm cuối vật liệu lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu - Sấy nhân tạo: Quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa phải dùng đến tác nhân sấy khói lò, khơng khí nóng, nhiệt,… hút khỏi thiết bị sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển triệt để sấy tự nhiên Khi phân loại theo phương pháp sấy nhân tạo, ta có: - Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu: Nguồn nhiệt cung cấp cho trình sấy nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy cách truyền nhiệt đối lưu Đây phương pháp sử dụng rộng rãi cho sấy hoa sấy hạt Phương pháp sấy xạ: Nguồn nhiệt cung cấp cho trình sấy thực xạ từ bề mặt đến vật sấy, dùng xạ thường, xạ hồng ngoại Phương pháp sấy điện trường dòng cao tần: Nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần vật sấy làm vật nóng lên - Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy: Sấy mẻ: Vật liệu đứng yên chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến hoàn tất tháo Sấy liên tục: Vật liệu sấy cung cấp liên tục chuyển động vật liệu ẩm qua buồng sấy xảy liên tục - Phân loại theo chuyển động tương đối dòng khí vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt (cùng chiều, ngược chiều dòng khí vật liệu ẩm) Loại thổi vng góc với vật liệu 2.3.Phương pháp thực q trình sấy Mỗi loại sản phẩm sử dụng nhiều loại thiết bị sấy khác Để thực q trình sấy, dùng nhiều hệ thống sấy khác nhau: Buồng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy thùng quay,… Mỗi chế độ công nghệ sấy khác có ảnh hưởng khác đến chất lượng sản phẩm sấy Ví dụ: sấy thóc sử dụng thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy tầng sơi Rau sử dụng thiết bị sấy buồng công suất nhỏ thiết bị sấy hầm công suất lớn ổn định, rau muốn giữ chất tươi sống, vitamin sử dụng sấy thăng hoa,… - Thiết bị sấy hầm: Được dùng rộng rãi công nghiệp, dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cắt lát,… với suất cao, dễ dàng giới hóa, vật liệu đưa vào liên tục Hầm sấy thường dài 10-15m lớn hơn, chiều cao chiều ngan phụ thuộc vào xe gòong khay tải vật liệu sấy - Thiết bị sấy băng tải: Dùng để sấy vật liệu rau quả, ngũ cốc, than đá,… Cấu tạo gồm phòng hình chữ nhật, có vài băng tải truyền động nhờ tay quay, băng tải tựa lăn - Thiết bị sấy tháp: Là thiết bị chuyên dụng để sấy loại hạt cứng thóc, ngơ, đậu,… có độ ẩm khơng lớn tự dịch chuyển từ đỉnh tháp xuống nhờ trọng lượng chúng Đặc điểm thiết bị có kênh gió nóng kênh gió thải ẩm bố trí xen kẽ lớp vật liệu Tác nhân sấy qua kênh gió nóng thực q trình sấy nhận thêm ẩm vào kênh thải - Thiết bị sấy thùng quay: Là thiết bị chuyên dụng để sấy vật liệu có dạng hạt dạng bột nhão, cục có độ ẩm ban đầu lớn Phần thiết bị trụ tròn đặt nằm nghiên với mặt phẳng góc cố định biến đổi - Thiết bị sấy khí động: Dùng để sấy vật liệu dạng hạt bé, nhẹ xốp, tinh thể,… Phần thiết bị ống thẳng đứng, vật liệu khơng khí nóng khói lò từ lên dọc theo thành ống - Thiết bị sấy tầng sôi: Dùng để sấy vật liệu dạng cục, hạt Cũng thiết bị sấy khí động, sấy tầng sơi có ưu điểm cường độ sấy lớn, dễ điều chỉnh nhiệt độ sấy vật liệu sấy khô đồng - Thiết bị sấy phun: Chuyên dùng để sấy dịch thể Sản phẩm sấy dạng bột hòa tan sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, café hòa tan,… Bộ phận sấy thiết bị sấy phun buồng sấy, thường tháp hình trụ, dịch thể nén bơm cao áp đưa qua vòi phun với tác nhân sấy tạo thành dạng sương mù trình sấy thực - Thiết bị sấy buồng: Dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục, tấm,… buồng sấy có dạng hình khối lập phương, khối chữ nhật đứng hay nằm Thành buồng sấy bọc cách nhiệt cách ẩm Vật sấy rải thành lớp tầng khay đặt gác lên khung giá buồng sấy Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy đặt ngồi buồng sấy Q trình sấy gián đoạn hay theo chu kỳ Nạp tháo nguyên liệu thủ công hay giới Buồng sấy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạp, lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư Nhược điểm suất nhỏ α2tr = 1,3α12 = 1,3 × 3,1646 = 4,1177 (W/m2K) Vậy ta có: ktr = = 0,942 (W/m2K) Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktrFtr( tk1 – to) = 0,942 × 6,5736(47,5 – 25) = 130,356 W) Nhiệt truyền qua buồng sấy là: QN1 = qNFN ( CT 6.12 – TL8) Tổn thất qua phụ thuộc vào kết cấu Thiết bị đặt khô láng xi măng tính mật độ tổn thất nên q (W/m 2) theo hai thông số: Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy ttb = 47,5 oC khoảng cách tường thiết bị cho trước ( bảng 6.1 – TL 8) Ta có mật độ tổn thất nên 1m2 Ttb (oC) Qn o (W/m2) 40 35 60 48 Vậy ttb=47,5 oC qn=39,875 (W/m2) QN1 = 39,875 × 6,966 = 277,779 (W) Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường: Qs1 = Qxq + Qtr1 + QN1 = 608,496+ 130,356+ 277,779 = 1000,974 (W) =3603,508 (kJ/h) qs1 = = = 71,783 (kJ/kg ẩm) Từ ta xác định được: ∆1 = Cntm1 – ( qm1 + qvt1 + qs1) = 4,18 × 25 – ( 100,452 + 14,665 + 71,783) = -82,401 (kJ/kg ẩm) Xác định trình sấy thực tế: d12 = (CT6.14-TL8) i1 = r + Cpht1 = 2500 + 1,842 × 60 = 2610,52 (kJ/kg) i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1,842 × 35 = 2564,47 (kJ/kg) d12 = = 0,027 (kg ẩm/kgkk) l1 = = = 102,177 (kg/kg ẩm) I12 = I11 - = 105,2363 - = 106,0319 (kJ/kgkk) Qua tính tốn nhận thấy giai đoạn q trình sấy thực tế gần giống với lý thuyết Vậy ta có: L1 = 4938,078 (kg/h), l1 = 94,0586 (kgkk/kg ẩm), Q01h = 41,5945 (kW), q0 = 3409,742 (kJ/kg ẩm) 4.6.2 Giai đoạn II 4.6.2.1 Tổn thất nhiệt vật liệu Qm2 = Gm2Cm2( tm22 – tm12) Trong Gm2 = G22 = 500 kg, Cm2 = = 1,0269 + (4,18 - 1,0269) x 0,4050 = 23039 (kJ/kgK) Nhiệt độ vật liệu vào giai đoạn tm21 = tm12 = 42,5oC Nhiệt độ vật liệu khỏi giai đoạn t m22 = t22 - ∆t ( ∆t chọn khoảng 10 ÷ 20oC) Vậy ta có: tm22 = 59,381 – 10 = 49,381oC Vậy ta được: Qm2 = 500 × 2,303( 49,381 – 42,5) = 7927,204 (kJ) qm2 = = = 29,36 (kJ/kg ẩm) 4.6.2.2 Tổn thất thiết bị vận chuyển Qvt2 = Gvt2Cvt2( tm2 – tm1) = 665,8917 × 0,5( 49,381 – 42,5) = 2291,17889 (kJ) qvt2 = = = 8,4858 (kJ/kg ẩm) 4.6.2.3 Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh Qxq2 = kxq2Fxq∆t2, kxq2 = Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khí bên buồng sấy α 21 = 14,51 W/m2K, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ bề mặt tường tới khơng khí bên ngồi xác định tương tự giai đoạn 1, ta α22 = 3,16746 W/m2K Vậy ta được: kxq2 = = 0,881 (W/m2K) Nhiệt độ trung bình khí buồng: t k2 = 0,5( t21 + t22) = 0,5( 75+ 59,381) = 67,190oC Qxq2 = 0,881× 30,6852( 67,19 - 25) = 2261,209 (W) Tổn thất nhiệt qua trần: Qtr2 = ktr2Ftr∆t2, ktr2 = Trong αtr2 = 1,3α22 = 1,3 × 3,116746 = 4,1176 W/m2K ktr2 = = 0,9418 (W/m2K) Qtr2 = 0,9418 × 6,5736(67,190 – 25) = 261,209 (W) Ta có mật độ tổn thất 1m2 Ttb( oC) qn o (W/m2) 60 48 80 62 Vậy ttb=67,190 qn=53,033 (W/m2) Tổn thất nhiệt qua : QN2 = qNFN = 53,033 × 6,5736 = 348,621 (W) Tổng tổn thất nhiệt vào môi trường: QS2 = Qxq2 + Qtr2 + QN2 = 1141,018 + 261,209 + 348,621 = 1750,84955 (W) = 6303,05838 (kJ/h) qS2 = = = 140,067 (kJ/kg) ∆2 = Cntm12 – ( qm2 + qvt2 + q22) = 4,18 × 43,5 – ( 29,36 + 8,485 + 140,067) = -0,2638 (kJ/kg ẩm) 4.6.2.4 Xác định thông số trình sấy thực tế Ta có: d22 = i1 = r + Cpht21 = 2500 + 1,842 × 75 = 2638,15 (kJ/kg) i2 = r + Cpht22 = 2500 + 1,842 × 59,381 = 2609,38 ( kJ/kg) d22 = = 0,0733 (kg ẩm/kgkk) l2 = = = 148,303 (kg/kg ẩm) I22 = I21 + = 250,9725 + = 250,970 (kJ/kgkk) φ22 = = = 0,625 = 62,5% ρk2 = = × 105 = 0,9197 (kg/m3) Xác định thông số hỗn hợp: n = = = = = 7,3191 th2 = = = 55,248 oC Pbh2 = exp( 12 - ) = exp(12 -) = 0,13914 (bar) Ih2 = th2Cpk + dh2( r + Cphth2) = 55,248 × 1,004 + 0,0665( 2500 + 1,842 × 55,248) = 228,7196 (kJ/kgkk) φh2 = = = 0,6827 = 68,27% ρkh2 = = × 105 = 0,9404 (kg/m3) Tiêu hao khơng khí thực tế: l2 = 148,884 (kg/kg ẩm) L2 = l2W2 = 148,884 × 270 = 40198,6986 (kg) = 5742,67123 (kg/h) Vtb2 = = = 6333,216 (m3/h) Tiêu hao nhiệt thực tế: q2 = l2( I21 – Ih2) = 148,884( 250,9725 – 228,719) = 3313,103 (kJ/kg ẩm) = > Q2 = q2W2 = 3313,103 × 270 = 894538,049 kJ = 127791,15 kJ/h = 35,497 (kW) Lập cân nhiệt: Nhiệt đưa vào hệ thống: Qv = Qs1 + Qo2 Trong đó: Qs = Q2=894538,049 (kJ) Qo2h = GoIo = Io = × 68,985 = 54126,0891 (kJ/h) Qo2 = Qo2hτ2 = 54126,0891 x 7= 378882,624 (kJ) = > Qv = 894538,049 + 378882,624 = 1273420,305 (kJ) Nhiệt đưa khỏi hệ thống: Qr = Q21 + Q22’ + Qm2 + QS2 + Qvt2 Trong đó: Q21 nhiệt hữu ích Q21 = W2( r + Cphth2 – Cntm2) = 270( 2500 + 1,842 × 55,248 – 4,18 × 43,5) = 653383,305 (kJ) Q22’ tổn thất nhiệt khí thốt: Q22’ = I2’Go I2’ = Cpkth2 + do( r + Cphth2) = 1,004 × 55,248 + 0,01723( 2500 + 1,842 × 55,248) = 100,315 (kJ/kgkk) Q22h’ = I2’Go = I2’= 100,315 × = 78707,8716 (kJ/h) Q22’ = Q22h’τ2 = 78707,8716 × = 550955,101 ( kJ) = > Qr = 653383,305 + 550955,101+ 7927,204 + 6303,058+ 2291,178 = 1216307,8716 (kJ) Sai lệch cân bằng: ∆Q = Qv – Qr =1273420,624 – 1216307,8716= 57113,0337 (kJ) ∆Q% = × 100% = × 100% = 0,0448 = 4,48% Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy: ɳs = = = 0,7304= 73,04% 4.6.3 Giai đoạn III 4.6.3.1 Tổn thất nhiệt vật liệu Qm3 = Gm3Cm3(tm32 – tm31) Trong Gm3 = G2 = 350 (kg) Cm3 = CK + (Ca – CK) x ω32 = 1,0269 + (4,18 – 1,0269) x 15 = 1,499865 (kJ/kgK) tm31= tm22 = 49,3815oC, tm32 = t32 – 20 = 81,073– 20 = 61,073oC Vậy ta có: Qm3 = 350 × 1,4998( 61,073 – 49,3815) = 6137,9 (kJ) qm3 = = = 40,919 (kJ/kg ẩm) 4.6.3.2 Tổn thất nhiệt thiết bị vận chuyển Qvt3 = GvtCvt(tm32 – tm31) = 665,8917 × 0,5( 61,0738 – 49,3815) = 6137,9 kJ qvt3 = = = 25,952 (kJ/kg ẩm) 4.6.3.3 Tổn thất nhiệt tỏa vào môi trường Tổn thất nhiệt qua tường bao cửa: Qxq3 = kxq3Fxq∆t3, kxq3 = Các hệ số trao đổi nhiệt α31 = α21 = α11 = 14,51 W/m2K, α32 = 3,16746 W/m2K, Vậy ta được: kxq3 = = 0,8731 (W/m2K) Nhiệt độ trung bình khí buồng: o C Qxq3 = 0,8731 × 30,6852[85,536- 25] = 1621,867357 (W) Tổn thất nhiệt qua trần: Qtr3 = ktr3Ftr∆t Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ trần tới khơng khí bên ngồi: αtr3 = 1,3α32 = 1,3 × 3,16746 = 4,1177 (W/m2K) Vậy ta có: ktr3 = = 0,94182 (W/m2K) = > Qtr3 = 0,94182 × 6,5736(85,536 – 25) = 374,7936 (W) Mật độ tổn thất m2 ttb ( oC) qno (W/m2) 80 62 100 74 Vậy ttb=85,536oC qn=65,32214 (W/m2) Tổn thất nhiệt qua nền: QN3 = qNFN = 65,32214 × 6,5736 = 429,401 (W) Tổn thất tỏa nhiệt vào môi trường là: QS3 = Qxq3 + Qtr3 + QN3 = 1621,867 + 374,7936 + 429,401 = 2426,062 (W) = 8733,825817 (kJ/h) = 8733,825817 (kJ) qS3 = = = 58,2255 (kJ/kg) ∆3 = Cntm31 – ( qm3 + qvt3 + qS3) = 4,18 × 49,381 – (40,919 + 25,9526 + 58,2255) = 81,3173 (kJ/kg ẩm ) 4.6.3.4 Xác định thông số q trình sấy thực tế Ta có: d32 = i1 = r + Cpht31 = 2500 + 1,842 × 90 = 2665,78 (kJ/kg ) i2 = r + Cpht32 = 2500 + 1,842 × 81,0738 = 2649,337 (kJ/kg) = > d32 = = 0,05083 (kg ẩm/kgkk) l3 = = = 263,784 (kg/kg ẩm) I32 = I31 - = 215,7574 – = 215,449 (kJ/kgkk) φ32 = = = 0,1523 = 15,23% ρk32 = = × 105 = 0,8923 (kg/m3) 4.6.3.5 Xác định thông số trạng thái hỗn hợp n = = = 7,8615 th3 = = = 74,74oC Ih3 = Cpkth3 + dh3( r + Cphth3) = 1,004 × 74,74+ 0,047( 2500 + 1,842 × 74,74) = 199,12 (kJ/kgkk) φh3 = = = 0,1837 = 18,37% ρh3 = = × 105 = 0,91372 (kg/m3) Tiêu hao khơng khí thực tế: l3 = 263,7843 (kg/kg ẩm) L3 = l3W3 = 263,7843 × 150 = 3956,65 (kg) = 39567,65 (kg/h) V3tb = = = 44768,517 (m3/h) Tiêu hao nhiệt: q3 = l3( I31 – Ih3) = 263,7843( 215,7574 – 199,12) = 4388,484 (kJ/kg ẩm) Q3 = q3W3 = 4388,484 × 150 = 658272,6684 (kJ) = 658272,6684 (kJ/h) = 182,853 (kW) Cân nhiệt hệ thống: Qv = QS + Qo Trong QS = Q3 =658272,6684 (kJ) Qoh = GoIo = Io = × 68,985 = 347203,9846 (kJ/h) = > Qo = Qohτ3 = 347203,9846 × = 347203,9846 (kJ) Vậy Qv = 658272,6684 + 347203,9846 = 1005476,653( kJ) Nhiệt đưa khỏi hệ thống: Qr = Q31 + Q32’ + Qm3 + Qvt3 + QS3 Trong Q32’ = GoI3’ I3’ = th3Cpk + do( r + Cphth3) = 74,74 × 1,004 + 0,01723( 2500 + 1,842 × 74,74) = 119,424 (kJ/kgkk) Q32’ = I2’ = × 119,424 = 601068,4423 kJ/h = 601068,4423 (kJ) Q31 = W3( r + Cphth3 – Cntm31) = 150( 2500 + 1,842 × 74,74 – 4,18 × 49,381) = 364690,1228 (kJ) Qr = 364690,1228 + 601068,4423 + 6137,9 + 3892,899 +8733,825 = 984523,193 (kJ) Sai lệch ∆Q = Qv – Qr =1005476,653 – 984523,193 = 20953,46167 (kJ) = > ∆Q% = × 100% = × 100% = 0,0208 = 2,08% Hiệu suất sử dụng nhiệt buồng sấy: ɳs = = = 0,55401 = 55,401% 4.7.Tính tốn thiết bị phụ trợ 4.7.1 Tính tốn chọn calorife 4.7.1.1 Cơng suất nhiệt calorife Từ kết cân nhiệt ta thấy cơng suất nhiệt cực đại cơng suất giai đoạn Nên ta có: Qcal = = ( trang 84 – TL 4) Q1: nhiệt cấp kho buồng sấy giai đoạn I, Q1 = 41,594535 (kW) ɳcal: hiệu suất calorife, ɳcal = 0,95 Vậy Qcal = = 43,78372 (kW) 4.7.1.2 D= Tiêu hao nước calorife , kg/s Trong đó: ih entanpy vào calorife Đây bão hòa khơ bar Vậy ih = i’’ = 2754 kJ/kg i’ entanpy nước bão hòa, i’ = 637,7 kJ/kg (Tra bảng I.251-TL7) Vậy D = = 0,019654 (kg/s) = 70,75572 (kg/h) 4.7.1.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt calorife  Chọn kết cấu calorifer với đặc trưng: - Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống: s1 = 80 mm, s2 = 45 mm - Ống làm thép có d2/d1 = 24/22 mm với λơ = 45 W/mK - Cánh làm đồng có: đường kính d c = 40 mm, chiều dày δc = 0,5 mm bước cánh t = mm, λc = 110 W/mK - Chiều dài ống l = 1200 mm  Tính độ chênh nhiệt độ ∆ttb = ( CT 15.4 trang 219 – TL8) Trong đó: ∆tmax = ts – tk1, ∆tmin = ts – tk2 Ts nhiệt độ bão hòa nước áp suất bar ( tra bảng I.251 – TL7) Suy ts= 151,1o C tk1 nhiệt độ khơng khí trước vào calorife ( tk1 = t0 = 25oC) tk2 nhiệt độ khơng khí sau khỏi calorife ( tk2 = t1 = 60oC) Suy oC    Số cánh ống: nc = = = 343 cánh (trang 219 – TL8) Chiều cao cánh: h = = = mm (trang 219 – TL8) Kích thước xác định: dxd = (trang 219 – TL8) Trong đó: Fl0 – diện tích phần ống khơng làm cánh; Flc – diện tích cánh ống Do đó: Flo = πd2tnc = π(0,024)(0,003)(343) = 0,078 (m2) Flc = 2[() – ()]nc = 2[() – ()]343 = 0,55 (m2) dxd = = 0,0278 (m)  Tốc độ cực đại khơng khí chuyển động qua khe hẹp ωmax Giả sử tốc độ khơng khí vào calorifer ω = m/s Khi đó: ωmax = = = 2,9787 (m/s)  Xác định tiêu chuẩn đồng dạng Với nhiệt độ trung bình khơng khí t tb = 0,5(25 + 60) = 42,5oC ta tìm λ = 2,7775 x 10-2 W/mK; ν = 17,2075 × 10-6 m2/s Khi đó: Re = = = 4815,035 Nu = 0,251Re0,67[]-0,2[+ 1]-0,2 = 0,251×4815,0350,67[]-0,2[+ 1]-0,2 = 34,6104  - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía khơng khí Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cánh αc: αc = = = 34,5599 (W/m2K) - Hiệu suất cánh ɳc: β = = = 35,45 βh = 35,45×8×10-3 = 0,2836 = = 1,67 Với dc/d2 = 1,67 βh = 0,2836, từ biểu đồ ɳc = f(dc/d2,βh) ta tìm ɳc = 0,96, - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương α2: α2 = αc( ɳc + ) = 34,5599( 0,96 + ) = 34,207(W/m2K)   Hệ số làm cánh εc: εc = + = + = 7,65 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngưng ống α1 Chọn (tb – tw) = 0,6oC Ta kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ sau tính đươc hệ số truyền nhiệt k Khi đó: α1 = 0,720 = = 47668,36 (W/m2K)  Hệ số truyền nhiệt k k = = = 258,759 (W/m2K)  - Kiểm tra lại độ chênh (tb – tw) Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua calorifer qc: qc = k∆ttb = 258,759×107,653 = 27856,34024 (W/m2) - Kiểm tra độ chênh nhiệt độ chọn: nguyên tắc, mật độ dòng nhiệt q c phải mật độ dòng nhiệt ngưng q1 Do đó: (tb – tw) = = = 0,584 Như vậy, giả thiết (tb – tw) = 0,6oC xác  Diện tích bề mặt bên ống F1 Lấy hiệu suất calorifer ɳ = 0,95 Khi F1 bằng: F1 = = = 10,854 (m2) (CT 15.2 – TL8)  Số ống cần thiết n: n = = =  Số ống hàng m Chọn số hàng ống z = 15 đó: m = =  Tổng số ống calorifer N: N = mz = 15 × = 135 ống 4.7.1.4 Kích thước calorifer - Chiều dài: l = 1,2 m - Chiều rộng: a = zs2= 15 × 45×10-3 = 0,675 m - Chiều cao: b = ms1 = × 80×10-3 = 0,72 m 4.7.2 Tính tốn chọn quạt gió Lưu lượng khơng khí tính tốn lưu lượng thể tích lớn V = 44697,411 m3/h Tốc độ khơng khí tiết diện tương ứng xác định theo công thức: vkk = , f diện tích tiết diện tính tốn tương ứng Hệ số trở lực ma sát khơng khí chuyển động bề mặt vật liệu sấy lấy theo kinh nghiệm λ = 0,5 Tổn thất áp suất ma sát khơng khí chuyển động bề mặt vật liệu là: ∆pl = λρ N/m2, đây: L – chiều dài xếp vật liệu, L = Lm ρ – khối lượng riêng khơng khí buồng sấy w – tốc độ khơng khí buồng sấy Tổn thất áp suất cục xác định theo công thức: ∆pc = ∑ξρ, N/m2 ∑ξ tổng hệ số trở lực cục Kết ta tổng tổn thất áp suất thực tế ∆p = 62 N/m2 ∆ptc = ∆p= 62×= 92,26 (N/m2) Với lưu lượng V = 8432,16 m 3/h ∆ptc = 92,62 N/m2 ta chọn quạt No6 Chế độ làm việc có hiệu suất ɳ = 0,7 Cơng suất quạt: Nc = = = 0,567 (kW) Công suất động chạy quạt là: Ndc = × φ = × 1,3 = 0,581 (kW) quạt nối trực tiếp với động ɳtd = 1, hệ số dự phòng φ = 1,3 KẾT LUẬN Sấy chuối phương pháp sấy buồng phương pháp tối ưu đơn giản nguyên liệu Với hệ thống sấy buồng cỡ nhỏ dùng để sấy nông sản với suất thấp sử dụng pổ biến nhiều nơi, nhiều vùng Hệ thống sấy có ưu điểm nguyên liệu vận hành đơn giản phù hợp với suất vừa nhỏ phù hợp với kinh tế nơng nghiệp nước ta Chí phí đầu tư khơng lơn hiệu kinh tế lại cao Qua trình tìm hiểu tính tốn thiết bị, em nắm rõ ngun liệu, quy trình cơng nghệ từ tính tốn, phân tích lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu thiết kế hệ thống buồng sấy chuối suất 350 kg sản phẩm / mẻ Hệ thống sấy thiết kế đồ án em nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp lời bảo thêm thầy cô TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS Nguyễn Bin – Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập – NXB Khoa học – Kỹ thuật Hà Nội 2005 PGS.TS Hoàng Văn Chước – Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – NXB Khoa học – Kỹ thuật 2006 Nguyễn Văn May – Giáo trình kỹ thuật sấy nơng sản thực phẩm – NXB khoa học – kỹ thuật Hà Nội 2002 PGS.TS Trần Văn Phú – Kỹ thuật sấy – NXB giáo dục 2008 PGS.TS Trần Văn Phú – Tính tốn thiết kế hệ thống sấy – NXB giáo dục 2002 GS.TS Phạm Xuân Vượng – Giáo trình kỹ thuật sấy nơng sản – NXB Hà Nội 2006 Trần Xoan, Trần Khuông, Hồ Lê Viên – Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập1 – NXB khoa học kỹ thuật Trần Xoan, Trần Khuông, Hồ Lê Viên – Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập – NXB khoa học kỹ thuật Link tài liệu tham khảo: https://123doc.org/document/3564679-thiet-ke-he-thong-say-khay-2-tang- dung-de-say-chuoi-nang-suat-300kg-nguyen-lieuh.htm 10 https://vi.wikipedia.org/wiki/Chu%E1%BB%91i 11 http://luanvan.co/luan-van/do-an-thiet-ke-he-thong-say-chuoi-bang-hamsay-60968/ 12 http://thietbisonhalinh.com/lo-say-me-dung-dien-tro-1-1-694096.html 13 http://voer.edu.vn/c/may-rua-nguyen-lieu/d91995fe/9e49dd98 ... 2.4.Chọn thiết bị sấy Dựa vào đặc tính thiết bị dùng thiết bị sấy hầm, sấy băng tải sấy buồng để sấy chuối Tuy nhiên, đồ án sấy chuối suất 350 kg sản phẩm/ mẻ, suất nhỏ nên em chọn thiết bị sấy buồng. .. đến chất lượng sản phẩm sấy Ví dụ: sấy thóc sử dụng thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy tầng sơi Rau sử dụng thiết bị sấy buồng công suất nhỏ thiết bị sấy hầm công suất lớn ổn... trình sấy Mỗi loại sản phẩm sử dụng nhiều loại thiết bị sấy khác Để thực q trình sấy, dùng nhiều hệ thống sấy khác nhau: Buồng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy thùng quay,… Mỗi chế độ cơng nghệ sấy