Hướng dẫn thiết kết hệ thống lạnh chương 2

A - LỜI MỞ ĐẦU: Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông nghiệp. Trong công nghiệp chế biến nông lâm, hải sản kỹ thuật sấy đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới với gần 80% dân số làm nghề nông nên các loại nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú và có sản lượng rất lớn. Vì vậy, nghiên cứu phát triển công nghệ sấy các loại nông sản thực phẩm có thể coi là nhiệm vụ chiến lược trong sự nghiệp phát triển kinh tế. Trước đây, nông sản thực phẩm được phơi dưới ánh nắng mặt trời nên sản phẩm thu được thường có chất lượng thấp, thời gian phơi sấy lâu và bị phụ thuộc vào thời tiết. Công nghệ sấy phát triển cho ta tạo ra các sản phẩm có giá trị và chất lượng cao        Trong bài tập lớn này, đề tài của chúng tôi có nhiệm vụ: nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và tính toán thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy 500 kg thuốc lá/ mẻ. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ, thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên nghành. Do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên chúng tôi không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế. Chúng tôi, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của Thầy Giáo Hà Văn Tuấn để chúng tôi có thể hoàn thành tốt bài tập lớn này, trong thời gian som nhất         Nhóm Sinh Viên Thực Hiện: 1. Hồ Sỹ Tuần 2. Tạ Quốc Vũ 3. Trần Việt 4. Trần Ngọc Vĩnh 5. Lê Cường MỤC LỤC B - NỘI DUNG CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH Giới thiệu về công nghệ sấy lạnh Phương pháp sấy lạnh là ứng dụng công nghệ sáy nhiệt độ thấp để bảo quản và chế biến nông sản, thực phẩm. Phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm độ ẩm tương đối trong không khí để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nức trong không khí và hơi nước trong nông sản, thực phẩm. Bằng cách này độ ẩm sẽ tách ra khỏi nông sản, thực phẩm và đi vào không khí. Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, không khí bảo hòa ẩm sẽ ngưng đọng và tách ra khỏi không khí. Không khí sau đó đi qua dàn nóng sẽ sấy khô nông sản, thực phẩm. Ưu điểm của công nghệ này sấy lạnh có thể xây dựng được từng quy trình công nghệ sấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả. Sau khi sấy, nông sản thực phẩm giữ được nguyên màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thất thoát không đáng kể (khoảng 5%), nói cách khác là không làm biến chất sản phẩm, đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật. Các hệ thống sấy lạnh Hệ thống sấy có nhiệt độ sấy lạnh 0C < t < t Việt Nam là một nước có khí hậu nóng ẩm, vì thế hút ẩm và sấy lạnh là những công nghệ đặc biệt phù hợp với các loại nông sản thực phẩm mà vẫn đảm bảo được chất lượng như hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị cho sản phẩm. Đối với các sản phẩm như củ cà rốt, thì là, hành môi trường chế biến những sản phẩm này yêu cầu về nhiệt độ không được quá 25 C và độ ẩm phải nhỏ hơn 45 - 50%. Do đó sấy lạnh là giải pháp hữu hiệu nhất để thực hiện chức năng hút ẩm và sấy lạnh. Tính mới của công nghệ này là quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, tạo môi trường nhiệt độ cùng chiều với môi trường độ ẩm để tăng cường độ sấy. Mặt khác, máy lạnh này được bảo vệ hành trình hút ẩm theo phương thức đơn giản, an toàn và dễ thực hiện. Ngoài ra, công nghệ này có nhiều ưu điểm kĩ thuật khác như: hút ẩm nhưng không làm tăng nhiệt độ môi trường. Không chỉ có các ưu điểm về kĩ thuật thông thường, công nghệ này còn có một ưu điểm đặc biệt khác là giá thành lắp đặt rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị ngoại nhập (giảm được 46% chi phí), nguồn nguyên nhiên liệu sử dụng cũng thấp hơn các công nghệ sấy khác (giảm 45%). Riêng chất lượng, sau khi ứng dụng sản xuất tại Viện Công nghệ thực thẩm cho thấy: củ cà rốt vẫn giữ được màu đỏ tự nhiên, bóng thẳng, củ cải trắng ngà, thẳng và xốp, hành xanh tự nhiên, giữ nguyên mùi thơm, thì là xanh tự nhiên, mùi thơm mạnh. Với các mặt ưu điểm trên thì công nghệ hút ẩm và sấy lạnh bằng bơm nhiệt này có khả năng ứng dụng rất cao cho nhiều loại sản phẩm khác nhau như nông sản (cà rốt, hành, dược liệu …). Hệ thống sấy thăng hoa Sấy thăng hoa là phương pháp sấy bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dưới điểm đông lạnh (dưới -10oC) và được đặt trong bình chân không có áp suất gần với áp suất chân không tuyệt đối, khi đó nước thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa ẩm. Mô hình hệ thống thiết bị sấy thăng hoa gồm 5 bộ phận: bình thăng hoa, bình ngưng của máy lạnh, máy nén của máy lạnh, bình ngưng-đóng băng, bơm chân không. Pương pháp sấy thăng hoa thực hiện bằng cách làm lạnh vật đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước. Âm thoát ra khỏi vật nhờ quá trình thăng hoa. Giới thiệu hệ thống máy sấy thăng hoa Ø Thông số kỹ thuật: Năng suất 10 kg nguyên liệu/mẻ. Nhiệt độ lạnh đông (-45 ¸ -25) C, nhiệt độ thăng hoa (-45 ¸ 35) C Áp suất buồng thăng hoa là 0.008 mmHg. Ø Tính năng: Sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sản phẩm giữ được tính chất ban đầu của nguyên liệu như: Protein, lipid, gluxit, vitamin,… màu sắc và mùi vị không bị phá hủy, đây là ưu điểm vượt trội mà không có phương pháp nào có thể làm được. Hệ thống tự động hóa hoàn toàn bằng máy tính. Quá trình lạnh đông sản phẩm trược tiếp ngay trong buồng thăng hoa. Thời gian sấy rút ngắn xuống khoảng (10 - 14)h/mẻ do truyền nhiệt trong quá trình sấy bằng bức xạ nhiệt. Thiết bị chế tạo trong nước nên giá thành khoảng bằng ¼ so với thiết bị ngọai nhập cùng năng suất. Ứng dụng: Sản xuất và bảo quản các loại thực phẩm cao cấp, thực phẩm chức năng, các phế phẩm sinh học, dược phẩm, ... Lĩnh vực áp dụng: Công nghệ hóa học và thực phẩm. Công nghệ sinh học, công nghệ emzyne, công nghệ tế bào. Y học, phân tích,… Trong các phòng thí ngiệm nghiên cứu. Sản phẩm tiêu biểu: Sấy thăng hoa cho các loại thực phẩm cao cấp. Thực phẩm chức năng, vắc xin. Hệ thống sấy thăng hoa luôn có 4 bộ phận chính Bộ phận lanh đông ( dối với tất cả các loại máy STH có trên thị trường thì bộ phận này tách rời khỏi hệ thống, nó được lạnh đông bằng hệ thống lạnh riêng). Buồng thăng hoa chứa sản phẩm sấy. Hệ chân không. Hệ thông tự động điều khiển. Quá trình sấy thăng hoa (STH) luôn trải qua 3 giai đoạn nối tiếp nhau: Giai đoạn 1: lạnh đông sản phẩm ở nhiệt độ (-45 ¸ -25) C Giai đoạn 2: sấy thăng hoa ở nhiệt độ (-45 ¸ 0) C, ở áp suất 0.008 mmHg. Giai đoạn 3: sấy chân không ở nhiệt độ (0 ¸ 25) C, ở áp suất 0.008 mmHg. Sơ đồ cấu tạo Bình thăng hoa (buồng sấy thăng hoa) Thường có cấu tạo hình trụ có đáy và nắp là các chỏm cầu. Nắp đậy có roăng chèn kín vì bình làm việc ở chế độ chân không 1 ¸ 0.1 mmHg. Vật liệu để trên khay đặt trên các giá cố định trong buồng sấy. Nhiệt cấp cho quá trình thăng hoa thực hiện bằng bức xạ từ những hộp kim loại dẹt đặt xen kẽ với các khay vật liệu. Chất tải nhiệt là nước được bơm vào các hộp kim loại. Đồng thời với nhiệt bức xạ ở phần vật liệu tiếp xúc với khay xảy ra quá trình dẫn nhiệt từ bề mặt tới vật liệu. Bình ngưng Bình ngưng có nhiệm vụ ngưng tụ hơi ẩm thoát ra và làm đóng băng ẩm này trong quá trình sấy, bình ngưng sẽ giảm nhẹ sự làm việc của bơm chân không. Bơm chân không Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí tạo ra chân không ban đầu cho bình thăng hoa và trong thời gian sấy có nhiệm vụ hút hết khí không ngưng, bảo đảm sự làm việc của thiết bị. Hệ thống làm lạnh Hệ thống làm lạnh: nhiệm vụ của hệ thống làm lạnh là làm lạnh sản phẩm đến nhiệt độ yêu cầu (dưới điểm 3 thể) và làm lạnh bình ngưng để ngưng tụ và đóng băng ẩm thoát ra, tạo điều kiện duy trì chân không và chế độ làm việc trong hệ thống. Nguyên lý hoạt động Phương pháp sấy thăng hoa do kỹ sư G.I. Laappa-Stajenhexki phát minh năm 1921. Sấy thăng hoa thực hiện ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thấp. Chế độ làm việc (áp suất và nhiệt độ) thấp hơn điểm 3 thể của nước (nhiệt độ 0,0098 C, áp suất 4,58mmHg). Ở áp suất nhất định nhiệt độ thăng hoa của vật chất là không đổi. Khi áp suất tăng thì nhiệt độ thăng hoa cũng tăng. Trong quá trình thăng hoa nhiệt lượng để bay hơi ẩm khoảng 672 ¸ 677 kcal/kg (nhiệt độ từ -100 ¸ 0 C). Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là: sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm. Nếu dung để sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của sản phẩm, không bị mất các vitamin,và tiêu hao năng lượng để bay hơi ẩm thấp. Tuy vậy sấy thăng hoa có nhược điểm là giá thành thiết bị cao: tiêu hao năng lượng lớn, tiêu hao điện năng lớn. Chỉ đứng sau kiểu sấy bằng dòng điện cao tần. Quá trình sấy thăng hoa có 3 giai đoạn: Giai đoạn làm lạnh sản phẩm. Trong giai đoạn này do hút chân không làm áp suất trong buồng sấy giảm, ẩm thoát ra chiếm khoảng 10 ¸ 15%. Việc bay hơi ẩm làm cho vật liệu nhệt độ sấy giảm xuống dưới điểm 3 thể có thể làm lạnh vật liệu trong buồng lạnh riêng. Giai đoạn thăng hoa. Giai đoạn này chế dộ nhiệt trong buồng sấy đã ở chế độ thăng hoa. Ẩm trong vật dưới dạng rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật. hơi ẩm này sẽ đến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám trên thành ống. Trong giai đoạn này nhiệt độ vật không đổi. Giai đoạn bay hơi ẩm còn lại. Tronga giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng lên. Ẩm trong vật là ẩm liên kết và ở trạng thái lỏng. Quá trinhd sấy ở giai đoạn này giống như quá trình sấy ở các thiết bị sấy chân không thông thường. Nhiệt độ trong buồng sấy lúc nào cũng cao hơn giai đoạn thăng hoa. Tính nhiệt các thiết bị cơ bản của hệ thống sấy thăng hoa Tính toán nhiệt quá trính sấy thăng hoa. Tiêu hao nhiệt trong sấy thăng hoa được xác định bằng phương trình: Q = Q + Q + Q - (Q’ + Q”), Trong đó: Q - nhiệt tiêu hao trong quá trình làm lạnh Q - nhiệt tiêu thụ trong quá trình thăng hoa Q - nhiệt để bay hơi ẩm còn lại Q’ - nhiệt toả ra của vật liệu trong quá trình làm lạnh từ nhiệt đô đầu đến nhiệt độ thăng hoa Q” - nhiệt toả ra trong chu kỳ bay hơi ẩm khi hút chân không. Vì Q’ + Q” dung để tiêu hao tong quá trình bay hơi ẩm khi hút chân không nên ta có: Q = Q’ + Q” Vì vậy”: Q = Q + Q Nhiệt trong buống sấy truyền đến vật bằng bức xạ là chủ yếu (75 ¸ 85). Nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhỏ vì vậy trong tính toán lấy truyền nhiệt bức xạ làm cơ sở, nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu chỉ được tính thêm bằng hệ số k = 1,2 ¸ 1,25. Do vậy diện tích bề mặt gia nhiệt là: Trong đó: H- hệ số tương hỗ giữ hai bề mặt song song H = 1. Trong đó: F - bề mặt tấm gia nhiệt. F - bề mặt vật liệu tiếp thu bức xạ. Tính toán bình ngưng Bình ngưng làm nhiệm vụ ngưng tụ và đóng băng ẩm thoát ra. Nhiệt toả ra trong bình ngưng là: Q = W’(r + r ) + W’C ( t - t ) Ở đây: W’ - lượng ẩm cần ngưng tụ r - nhiệt ngưng tụ bay hơi r - nhiệt đông đặc của nước C - nhiệt dung riêng của hơi t , t - nhiệt độ của hơi và của băng Mặt khác theo phương trình truyền nhiệt thì: Q = KF Dt Ở đây: F - diện tích bề mặt ống trong bình ngưng Dt - chênh nhiệt độ giữa hơi NH và hơi nước trong bình ngưng. Ở đây: d , d - chiều dày vách ống và chiều dày lớp băng Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của NH lỏng sôi trong ống là: a = 4,2( 1+ 0,007t )q Trong công thức này trị số mật độ dòng nhiệt q chưa biết, cần giả thiết sơ bộ sau đó kiểm tra lại. t là nhiệt độ bề mặt ống bình ngưng. Hệ số trao đổi nhiệt của hơi nước ngưng tụ bên ngoài ống của bình ngưng được xác định theo công thức: Trong đó: l - hệ số dẫn nhiệt của hơi nước trong bình ngưng m - độ nhớt động lực, q’- cường độ ngưng tụ của hơi, T - nhiệt độ bảo hoà của hơi trong bình ngưng, T - nhiệt độ của băng, Ta có: q’ = Ở đây: W - lượng ẩm cần ngưng tụ n - số lượng bình ngưng F - diện tích bề mặt một bình ngưng Băng bám trên bề mặt làm xấu quá trình truyền nhiệt vì vậy có thể dung nhiều bình ngưng làm việc luân phiên để xả băng. Việc xả băng dung hơi NH nóng 30 ¸ 25 C (như việc xả đá của máy lạnh thông thường), hoặc dung hơi thoát từ quá trình sấy ở giai đoạn III thổi trực tiếp vào băng. Nhiệt làm tan bằng là: Q = Gr + GC( t - t ) + GC( t - t ) Ở đây: G - khối lượng băng, r - nhiệt đông đặc của nước, r = 80 kcal/kg C - nhiệt dung riêng của băng, C = 0,52 kcal/kgK t - nhiệt độ nước, t - nhiệt độ băng, G - khối lượng ống của bình ngưng, T, t - nhiệt độ đầu và cuối của ống, C - nhiệt dung riêng của ống, Khối lượng băng xác định theo công thức G = Fdr, Trong đó: F - bề mặt bắm băng, d - chiều dày lớp băng, r - khối lượng riêng của băng, Hệ số truyenf nhiệt từ hơi NH tới băng là: Ở đây: a - hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ hơi NH tới bề mặt ống: Trong đó: r - nhiệt hoá hơi của NH , g - trọng lượng riêng của NH , l - hệ số dẫn nhiệt của hơi NH, m - độ nhớt động lực của NH, q - phụ tải nhiệt của bình ngưng trong điều liện làm viêc định mức q = Q - nhiệt truyền cho bình ngưng, Thời gian xả băng là: T = , Q - nhiệt độ cần thiết để xả băng, Dt - độ chênh nhiệt độ giữa hơi nóng và băng Xác định thời gian hút chân không Thời gian hút chân không là: T = K 2,3lg , Trong đó: V - thể tích bình thăng hoa, B - tốc độ hút thực của bơm, P - áp suất khí quyển, P - áp suất cần thiết trong bình thăng hoa, P - áp suất giới hạn tạo nên được của bơm, K - hệ số dự phòng Hệ thống sấy chân không Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất; và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu khô chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ...), các loại gỗ quí nhằm mang lại chất lượng sản phẩm sấy cao đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong và ngoài nước, rút ngắn đáng kể thời gian sấy,và đặc biệt là có khả năng tiến hành sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn nhiệt độ môi trường. Do đó sản phẩm sấy chân không giữ được hầu như đầy đủ các tính chất ban đầu của vật liệu, sản phẩm bảo quản lâu và ít bị tác động bởi điều kiện bên ngoài. Tuy có nhiều ưu điểm nhưng phương pháp sấy chân không vẫn còn chưa được sử dụng phổ biến trong công nghệ sấy nước nhà. Bởi do giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, rất khó đảm bảo độ kín cho một hệ thống chân không lớn. Do đó phương pháp sấy này chỉ được áp dụng với quy mô nhỏ, dùng sấy những loại vật liệu quí hiếm, khô chậm, khó sấy và có yêu cầu cao về chất lượng. Một hệ thống sấy chân không thường được cấu tạo từ buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không. Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không đó là sự phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề mặt vật. Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi Dp = (pbh- ph) giữa áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt vật và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy, đây chính là nguồn động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không. Và ở đấy, dưới điều kiện chân không, quá trình bay hơi diễn ra nhanh chóng và qua đó quá trình khô vật sẽ rất nhanh, thời gian sấy giảm xuống đáng kể. Bên cạnh đó, nhờ chỉ sấy ở nhiệt độ thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường) nên nhiều tính chất đặc trưng ban đầu: tính chất sinh học, hương vị, màu sắc, hình dáng của sản phẩm được giữ lại gần như đầy đủ. Sản phẩm sấy chân không bảo quản lâu dài và ít bị tác động bởi môi trường. Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động. Chú thích: 1. Thiết bị sấy chân không 2. Thiết bị ngưng tụ ẩm. 3. Bơm chân không. 4. Phin lọc ẩm, lọc bụi. 5. Ống xoắn ruột gà, bằng đồng 6. Chốt cửa tủ sấy 7. Khay sấy 8. Đồng hồ rơ le nhiệt độ 9. Van xả khí phá chân không 10. Van hút chân không 11. Áp kế chân không 12. Nhiệt kế thủy ngân. 13. Khóa chân không. Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất của từng loại vật liệu sấy sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét để chọn các thông số áp suất, nhiệt độ thích hợp cho từng loại vật liệu sấy. Phương pháp cấp nhiệt: trong buồng sấy chân không, đối tượng sấy thường được gia nhiệt bằng phương pháp tiếp xúc hoặc bức xạ. Với phương pháp cấp nhiệt bằng tiếp xúc, đối tượng sấy được đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc tiếp xúc với nguồn nhiệt qua những tấm vật liệu dẫn nhiệt tốt. Nguồn năng lượng nhiệt có thể là điện năng hoặc hơi nước nóng. Để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt cần tạo điều kiện tiếp xúc tốt giữa đối tượng sấy và bề mặt dẫn nhiệt. Cấp nhiệt bằng bức xạ là phương thức cấp nhiệt cho đối tượng sấy có hiệu quả cao, đang được sử dụng rộng rãi. Bởi bức xạ không chỉ tạo được một dòng cấp nhiệt lớn trên bề mặt vật (khoảng 20100 lần so với dòng nhiệt cấp do đối lưu), mà còn xuyên sâu vào lòng đối tượng một lớp nhất định (phụ thuộc vào đặc tính quang học của nguồn và đối tượng). Dòng năng lượng bức xạ Q chiếu vào đối tượng bị phản xạ một phần QR, hấp thụ một phần QA, và phần còn lại xuyên qua đối tượng QD. Tỉ lệ ; ; được gọi là độ phản xạ, độ hấp thụ, và độ xuyên suốt của đối tượng. Năng lượng bức xạ có hiệu quả nhiệt lớn nhất là bức xạ hồng ngoại. Vì với bức xạ hồng ngoại các đối tượng có độ hấp thụ lớn nhất. Nguồn năng lượng bức xạ hồng ngoại thường là các sợi đốt của đèn điện hoặc các vật liệu rắn khác được đốt nóng đến một nhiệt độ nhất định. Muốn chọn nguồn bức xạ có hiệu quả cao để cấp nhiệt cần phải hiểu biết đặc tính quang học của đối tượng sấy. Nguồn bức xạ cần chọn có độ chiếu cực đại ở bước sóng mà tại điểm đó đặc tính hấp thụ nhiệt của đối tượng sấy là lớn nhất. Phân loại thiết bị sấy chân không Có hai loại hệ thống sấy chân không cơ bản được phân biệt theo phương thức gia nhiệt cho vật liệu như sau: - Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn Tủ sấy Tủ sấy chân không là một thiết bị sấy đơn giản nhất, có dạng hình trụ hoặc hình hộp chữ nhật, được cấp nhiệt bằng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở. Vật liệu được xếp vào khay và cho vào tủ sấy đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc được cấp nhiệt bằng bức xạ. Trong thời gian làm việc tủ được đóng kín và được nối với hệ thống tạo chân không (thiết bị ngưng tụ và bơm chân không). Việc cho liệu vào và lấy liệu ra được thực hiện bằng tay. Tủ sấy chân không có năng suất nhỏ và hiệu quả thấp nên nó được sử dụng chủ yếu trong phòng thí nghiệm. Thùng sấy có cánh đảo 1-Thùng sấy 2-Áo nhiệt 3-Cánh đảo 4-Cửa tiếp liệu 5- Ống đảo phụ 6- Cửa tháo sản phẩm 7- Ống nối với thiết bi ngưng tụ Thùng sấy chân không cánh đảo Sấy chân không có trục vít đảo Để tăng khả năng truyền nhiệt chuyển khối, sản phẩm trong thùng sấy được đảo trộn nhờ trục gắn cánh đảo 3. Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa và tải chất tải nhiệt (hơi nước hoặc nước nóng). Trục và cánh đảo có thể đổi chiều quay theo định kỳ (58 phút) để tăng sự đảo trộn đều đặn và chống bết dính theo chiều quay. Ngoài các cánh đảo còn có các ống đảo phụ 5 để phá vỡ sự vón cục và đảo đều theo chiều dọc thùng sấy. Năng suất thùng sấy phụ thuộc vào tính chất, độ ẩm ban đầu của vật liệu, nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân không. Ở các thùng sấy này, tiếp liệu và tháo sản phẩm phần lớn đã được cơ giới hóa. Hơi thứ bốc từ sản phẩm được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ. Đối với hơi nước thường dùng thiết bị ngưng tụ dạng phun tia, còn với nhũng loại hơi cần thu hồi thì dùng thiết bị ngưng tụ bề mặt. Để hút khí không ngưng người ta thường dùng bơm chân không vòng nước. Nguyên liệu cho vào thùng sấy tốt nhất khoảng 80% thể tích thùng. - Thiết bị sấy chân không liên tục Quá trình sấy chân không liên tục có thể được thực hiện theo các nguyên lý: Ø Thùng quay, băng tải, tháp cho các vật liệu dạng hạt. Với những vật liệu dạng hạt thường sấy trong các tháp sấy chân không. Đối với vật liệu rời, có thể sấy liên tục bằng thiết bị sấy chân không băng tải. 1. Phểu tiếp liệu 2. Tang cấp liệu 3. Bộ dẫn động băng tải 4. Cửa quan sát 5. Dàn cấp nhiệt. 6. Ôngs dẫn hơi cấp nhiệt. 7. Băng tải 8. Con lăn 9. Con lăn đỡ 10. Cửa rút chân không 11. Vít tháo sản phẩm 12. Thùng tháo sản phẩm Sơ đồ thiết bị sấy chân không băng tải Ø Lô cuốn cho các vật liệu dạng dịch nhão. Với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao, có thể sử dụng thiết bị sấy chân không lô cuốn. Lô cuốn quay quanh trục nằm ngang được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước. Lô quay được một vòng thì vật liệu cũng được sấy khô và được tay gạt gạt khỏi lô cán và tải vào vít tải hay tang tháo liệu liên tục mà vẫn đảm bảo độ chân không Với nhưng vật liệu dạng bột nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không hai lô cán. Bột nhão được cấp vào khe của hai lô cán ngược quay chiều nhau, bị cuốn và cán mỏng lên bề mặt hai lô cán, bên trong gia nhiệt bằng hơi nước. Vật liệu trên lô quay gần được một vòng thì khô và được dao gạt vào vít tải và tải ra ngoài. Đến thiết bị ngưng tụ Ống dẫn liệu vào 2. Lô sấy Dịch Buồng chân không Cửa quan sát Dao gạt Vít tháo và sấy bổ sung sản phẩm. Thiết bị sấy chân không một lô cán Thùng chứa Bơm Bộ lọc Thùng trung gian Bơm Thiết bị gia nhiệt Buồng sấy phun Vít tháo sản phẩm Bơm chân không 10-Thiết bị thu hồi sản phẩm Ø Sấy phun chân không đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt không cao Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không Trong hệ thống sấy phun chân không này, dịch lỏng được gia nhiệt sơ bộ ở thùng chứa được bơm bơm qua bộ lọc 2, sang thùng trung gian 4, sau đó được bơm cao áp 5 đẩy qua thiết bị trao đổi nhiệt 6 và phun vào buồng chân không 7. Ở đấy ẩm được bốc hơi trong diều kiện chân không, sản phẩm được làm khô hoặc kết tinh rơi xuống và được vít tải 8 tải ra ngoài. Những hạt vật liệu khô nhỏ bị cuốn theo hơi ẩm được tách bằng xyclon 10, còn hơi ẩm được hút qua thiết bị ngưng tụ và bơm chân không ra ngoài. Một số dịch lỏng có độ nhớt không cao được sấy liên tục dưới dạng màng mỏng trong chân không Trong thiết bị này, dịch được vòi phun phun lên bề mặt thiết bị hình trụ tạo thành màng mỏng và được cấp nhiệt bằng áo nhiệt từ phía bên ngoài vào. Vòi phun quay quanh trục tạo màng liên tục. Màng được sấy khô và được dao gạt 2 gạt khỏi bề mặt dồn xuống đáy và tháo ra ngoài qua các cơ cấu tháo liệu liên tục và kín. Bề mặt thiết bị vừa giải phóng được phun tiếp màng mới và tiếp tục chu trình trên. Thời gian sấy có thể hiệu chỉnh bằng số vòng quay và góc lệch giữa vòi phun và dao gạt 1. Vòi phun 3. Bộ dẫn động và cấp dịch Sơ đồ thiết bị sấy chân không màng phun Kỹ thuật tạo chân không - Bơm chân không Bơm chân không là thiết bị dùng để hút khí và hơi của các vật chất khác nhau ra khỏi thể tích cần hút, bằng chuyển động cơ học hay tạo sự liên kết chúng trong đó bằng cơ chế hấp thu (hấp thụ vật lý, hóa học, hấp thụ , hấp phụ ion do phóng điện khí...). Việc chọn loại bơm phụ thuộc vào loại và lưu lượng khí cần hút cũng như vùng áp suất làm việc. Các bơm chân không hút khí ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và đẩy ra ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển một ít. Các loại bơm được đặc trưng bằng các thông số sau: Ø Tốc độ bơm (vận tốc hút khí) SB, l/s hoặc m3/h, được xác định bằng thể tích khí do bơm hút trong một đơn vị thời gian ứng với áp suất tồn tại ở trong bơm: SB = Ø Năng suất bơm Q, mmHg.l/s hoặc mmHg.g/s, được xác định bằng tích lượng khí do bơm hút trong một đơn vị thời gian vơi áp suất xác định p: Q = SB.p. Ø Độ chân không cực đại pgh hay áp suất giới hạn, được xác định bằng áp suất thấp nhất mà bơm có thể hút được ở cửa vào của nó. Ø Áp suất đối cao nhất Pd là áp suất cao nhất ở lối ra của bơm mà bơm vẫn có thể hoạt động bình thường. Áp suất đối của nhiều loại bơm bằng áp suất khí quyển. Tuy vậy cũng có không ít những bơm có áp suất đối cao nhất thấp hơn áp suất khí quyển. Trong trường hợp đó bơm không thể hoạt động độc lập mà cần phải có một bơm thứ hai mắc vào lối ra của bơm này để tạo chân không sơ cấp cho nó. Như vậy, để đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường của hệ thống hai bơm này thì áp suất đối cao nhất của bơm thứ nhất phải nằm trong vùng hoạt động của bơm sơ cấp và năng suất bơm của bơm sơ cấp phải lớn hơn hoặc bằng năng suất bơm thứ cấp: p1p2S Trong đó: p1, p2 - áp suất ở lối vào của bơm sơ cấp và thứ cấp. SB, SB- Tốc độ bơm của bơm sơ cấp và thứ cấp. Bơm cơ học là loại bơm dựa trên nguyên tắc của chuyển động cơ học để hút khí. Các bơm này thông thường có một động cơ làm chuyển động bộ phận (pittông, rôto) tạo thể tích thay đổi để hút và nén khí. Quá trình hút và nén khí được thực hiện dựa trên nguyên tắc mở rộng và thu hẹp thể tích làm việc của các khoang bơm. Các bơm cơ học có vùng hoạt động từ 1 at đến 10-3mMHg và tốc độ bơm tương đối lớn. Bơm có thể được dùng độc lập trong các hệ thống yêu cầu độ chân không không cao, hoặc có thể dùng tạo độ chân không sơ cấp cho các bơm khác trong hệ thống chân không.  cao. Cấu tạo một số bơm cơ học: Bơm píttong 1. Píttông 2. Van phân phối 3. Cơ cấu dẫn động van phân phối. 4. cơ cấu dẫn động píttông Sơ đồ động học của bơm píttông Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và thực phẩm. Bao gồm hai nhóm: + Bơm chân không pittông khô, chỉ hút khí + Bơm chân không pittông ẩm, có thể hút hỗn hợp khí- lỏng, áp suất giới hạn tạo được thấp hơn bơm chân không pittông khô. Về cấu tạo hai nhóm này không khác gì nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận van phân phối. Bơm chân không ẩm không cần van phân phối mà van hút và van đẩy của nó có kích thước lớn hơn để tải một lượng chất lỏng lớn qua đó. Bơm vòng nước Do không cần có dầu bôi trơn nên bơm vòng nước rất thuận tiện trong công nghiệp hóa học và được dùng rộng rãi. Bơm thích hợp để hút các loại khí có bụi hoặc hơi nước nhờ giữa guồng quay và vỏ bơm có có sự quay tương đối của không khí nên không bị bẩn, tắc. Giới hạn áp suất do bơm tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ vòng nước, bằng khoảng 15 đến 110mmHg. Rotor Thân bơm Cửa lối vào Chân không kế Thùng nước Van tiếp nước Cửa lối ra Ống tháo nước Ống tuần hoàn nước với van điều chỉnh Bơm chân không vòng nước Bơm rotor cánh gạt 1. Cửa lối vào 2. Rotor 3. Các bản mỏng 4. Buồng bơm 5. Van an toàn 6. Cửa lối ra bơm rotor caùnh gait Kết cấu của bơm rôto caùnh gaït gần giống như bơm vòng nước. Bơm cũng gồm một rôto 2 quay lệch tâm với buồng bơm 3. Khi rôto quay với vận tốc lớn, các bản văng ra theo rãnh dẫn và tựa vào buồng bơm 4 tạo ra nhiều khoang bơm giữa hai bản và thành buồng. Thể tích khoang bơm thay đổi nhờ sự quay lệch tâm của rôto và buồng bơm. Phần thể tích khoang bơm tăng được nối với lối vào bơm để hút khí, phần thể giảm được nối với lối ra của bơm để nén khí ra ngoài. Các van an toàn 5 bảo vệ hiện tượng quá áp khi ở lối vào có áp suất quá cao. Áp suất giới hạn đạt được của bơm đến 10-1mmHg. Bơm chân không dầu Bơm được làm kín bằng dầu nên khả năng tạo được độ chân không sâu. Áp suất giới hạn đạt được đến 10-5mmHg. Bơm có thể được dùng độc lập hoặc dùng làm bơm sơ cấp. Để bơm các hỗn hợp khí và hơi nước (hoặc khí không ngưng), bơm chân không dầu còn được cấu tạo thêm bộ phận thăng bằng khí để khắc phục hiện tượng ngưng tụ hút khí (do một lượng hơi bị hóa lỏng dưới áp suất lớn và hòa với dầu trong khoang bơm, rồi đi trở lại sang phía lối vào của bơm và bốc hơi trở lại, hơi này lại tiếp tục bị hóa lỏng làm giảm khả năng hút khí của bơm.). Người ta đưa vào khoang nén của bơm một lượng khí quyển (gọi là lượng khí thăng bằng). Với lượng khí đưa vào, áp suất trong khoang nén đó đạt tới áp suất khí quyển trước khi hơi nước bị nén đến áp suất bão hòa, tức là trước khi xảy ra hiện tượng ngưng tụ khí. Khi đạt đến áp suất khí quyển, van xả ở lối ra mở, hỗn hợp khí và hơi nước bị đẩy ra ngoài. Lượng khí đưa vào tỉ lệ với thành phần hỗn hợp khí cần hút. Và ngoài ra còn có một số loại bơm khác nữa như ( bơm chân không hai rotor; bơm phun tia; bơm chân không dòng nước; bơm ejectơ dòng hơi; bơm khuếch tán; bơm phân tử; bơm chân không hấp thụ; bơm ion hấp thụ; bơm ngưng tụ). CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HẦM SẤY Đề Tài: Tính toán thiết kế hầm sấy thuốc lá có G2 = 500kg/mẻ, độ ẩm của vật liệu sấy = 90%, = 14%. Không khí ngoài trời có thông số (t0 = 250C, = 75%). Giải Quyết Vấn Đề: chọn chế độ sấy người ta sơ chế thuốc lá theo quy trình công nghệ sau: giai đoạn I. Biến màu và lên hương t1 = 350C, t2 = 250C, = 90%, = 85%, =28h giai đoạn II.cố định màu và tiếp tục lên hương: t1 = 450C, t2 = 280C, = 85%, = 50%, = 35h giai đoạn III. Sấy khô cọng t1 = 600C, = 50%, = 12%, = 60h Giai đoạn IV. Hồi ẩm t1 = 200C, t2 = 300C, =12%, = 14%, = 18h Tính lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ theo quy trinh công nghệ trên thì ta phải tính cân bằng nhiệt - ẩm cho từng giai đoạn. nếu kí hiệu khối lượng và độ ẩm vật liệu sấy (VLS) là Gij và với i = (1, 2) (vào và ra) và j = (I, IV). Ta tính được khối lượng vật liệu sấy vào, ra và lượng ẩm cần bay hơi trong mỗi giai đoạn: Giai đoạn IV: = = 500 = 489 kg WIV = 489 - 500 = -11kg/mẻ = -11/18 = -0.61 kg/h Giai đoạn III = = 489kg, = = 489 = 861 kg WIII =861 - 489 = 372kg/mẻ = 372/60 = 6.2kg/h Giai đoạn II: = = 861kg, = = 861 = 2870kg WII = 2870 - 861 = 2009kg/mẻ = 2009/35 = 57.4 kg/h - Giai đoạn I = =2870kg, = = 2870 = 4305kg WI = 4305 - 2870 = 1435kg/mẻ = 1435/28 = 51.25kg/h. Như vậy, với các điều kiện trên để có 500kg thuốc lá sau khi sơ chế chúng ta cần có 4305kg thuốc la tươi. chọn chế độ sấy, thuốc lá có thể sấy theo chế độ sau. - chon TNS là “hơi nóng” - TNS và VLS đi ngược chiều nhau với nhiệt độ. Giai đoạn I: t1= 350C, t2= 250C. Giai đoạn II: t1=450C, t2= 280C. Giai đoạn III: t1=600C, t2= 300C. Giai đoạn IV: t1=200C, t2=300C. Không hồi lưu với thời gian sấy xác định thông số TNS trước và sau calorifer thông số TNS trước calorifer Pbh0 = exp{12 - } = 0.032 bar d0 = 0.621 = = 0,015 kgh/kgkk I0 = Cpk.t0 + d0(r + Cph.t0) = 1,004.25+0,015(2500+1,842.25) = 63,29 kJ/kg thông số TNS sau calorifer từng giai đoạn. thay giá trị nhiệt độ t1 đã chọn cho từng giai đoạn vào công thức định nghĩa. I1 = Cpk.t1 + d1(r + Cph.t1) Với, = = = d0 = 0,015kgh/kgkk Ta có: II1 = 73,6 kJ/kgkk, III1 = 84 kJ/kgkk, IIII1 = 99 kJ/kgkk. Tính toán quá trình sấy lí thuyết. nội dung cơ bản của bươc này là xác định trạng thái TNS sau quá trình sấy lí thuyết với điều kiện đủ xa 100%, chẳng hạn 80% 90%. Tiếp đó là tính lương không khí khô lí thuyết cần lưu chuyển trong TBS. lưu lương không khí thuyết cần thiết là một trong hai cơ sở để giả định tốc độ TNS đi trong hầm . các thông số ngoài trời. lấy thông số không khí ngoài trời (t0,) = (250C,75%) ta tìm được: d0 = 0.621 = = 0,015 kgh/kgkk I0 = Cpk.t0 + d0(r + Cph.t0) = 1,004.25+0,015(2500+1,842.25) =63,29 kJ/kg Thông số TNS sau calorifel hay trước khi vào hầm sấy: = = = d0 = 0,015kgh/kgkk Cdx() = 1,004+1,842d1 = 1,004+1,842.0,035 = 1,032 kJ/kgkk Cdx() = Cdx() = Cdx() = 1,032 kJ/kgkk - Giai đoạn I: = exp{12 - } = 0.056 bar = 1,004.+d1(2500+1,842.) = 1,004.35+0,015(2500+1,842.35) = 73,6 kJ/kgkk = = = 41,8 % - Giai đoạn II: = exp{12 - } = 0.095 bar = 1,004.+d2(2500+1,842.) = 1,004.45+0,015(2500+1,842.45) = 84 kJ/kgkk = = = 24,66 % - Giai đoạn III: = exp{12 - } = 0.197 bar = 1,004.+d2(2500+1,842.) = 1,004.45+0,015(2500+1,842.45) = 99 kJ/kgkk = = = 11,89 % thông số TNS sau quá trình sấy lí thuyết: - thay nhiệt độ t2 của từng giai đoạn đã chọn vào công thức (2.11) ta tim được phân áp suất bão hòa của hơi nước sau mỗi giai đoạn: = exp{12 - } = 0.032 bar = exp{12 - } = 0.038 bar = exp{12 - } = 0.049 bar - Thay giá trị d1, Cdx(d1) va nhiệt độ t1 và t2 của từng giai đoạn đã chọn trong chế độ sấy vào công thức (5.5) ta được độ chưa hơi của TNS sau quá trình sấy lí thuyết: = + = 0,015 + = 0,018 kgh/kgkk = + = 0,015 + = 0,022 kgh/kgkk = + = 0,015 + = 0,026 kgh/kgkk Tiếp đó, thay d2 và pph2 của từng giai đoạn vào (6.4) ta tìm được độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy lí thuyết của từng giai đoạn: = = 87,4% = = 89,4% = = 81,5% Độ ẩm của các giai đoạn thỏa mãn điều kiện kinh tế - kỹ thuật: 80% 90%. lượng không khí khô lí thuyết cần thiết L0: kgkk/h kgkk/h kgkk/h Thể tích của không khí ẩm ở trang thái (t1, ) ứng với 1kg không khí khô,theo phụ lục cuối sách của cách giai đoạn là: m3/kgkk , m3/kgkk, m3/kgkk - Do đó lưu lượng thể tích của TNS của các giai đoạn bằng: = 0,912.17410 = 15874,4 m3/h = 0,958.8371,42 = 8019,8 m3/h = 1,005.572,27 = 575,58 m3/h Xác định kích thước sấy hầm - Chọn xe goòng có kích thước: (Bx, Lx, Hx) = (2000x1500x2000) mm Mỗi xe đặt 20 khay với kích thước mỗi khay là: (Bk, Lk, Hk) = (1950x1450x50)mm. trên mỗi khay chứa 10kg thuốc lá tươi khi đó khối lượng VLS trong mỗi xe là: Gvlsx = 10.20 = 200kg. Vậy số xe goòng cần thiết cho mỗi giai đoạn là: - Kích thước hầm sẽ là: Bh = Bx + 2.50 = 2100mm Chiều dài hầm: Lh = n.Lx + 2.1000 = 35000mm, (với n = 22, ta lấy giai đoạn I để có số xe nhiều nhất, để tính chiều dài cho hầm cho cả toàn bộ hệ thống). kích thước phủ bì hầm sấy. hầm sấy sẽ được xây dựng bằng gạch có = 250mm. nền hầm sấy sau khi đặt đường ray xong thi ta láng xi măng. Trần hầm sấy được đổ bê tông xốp, nhẹ có chiều dày = 70mm và trên đó có rải một lớp cách nhiệt băng bông thủy tinh có chiều dày = 150mm. như vậy kích thước phủ bì hầm sấy bằng: + chiều rộng B: B = Bh + = 2100 +500 = 5600mm + chiều cao H: H = Hh + = 2000 + 70 + 250 = 2320mm. Tính toán nhiệt hầm sấy Tổn thất do vật liệu mang đi Để tính tổn thất này ta làm như sau: Nhiệt dung riêng. 1,46 + (4,18 – 1,46).0,85 = 3,772 kg/kgK 1,46 + (4,18 – 1,46).0,50 = 2,28 kg/kgK 1,46 + (4,18 – 1,46).0,12 = 1,79 kg/kgK Khi đó tổn thất do VLS mang đi là: Tổn thất do TBCT qct: + Tổn thất do xe goòng mang đi: xe goòng được làm bằng thép CT3 với khối lượng 60kg, Cx = 0,5 kJ/kg.k do đó: + tổn thất do khay mang đi qk. khay được làm bằng nhôm có đục lỗ với Gk = 6kg, Ck = 0,86 kJ/kg. như vậy ta có: + Vậy tổng tổn thất do TBCT qct là: Tổn Thất Ra Môi Trường: Giải thiết tốc độ TNS trong hầm. để có cơ sở giả thiết ta tính tốc độ TNS theo qua trình sấy lí thuyết V0: + hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và tường bên Ktb. Theo kinh nghiệm hệ số TĐN đối lưu giữa tác nhân sấy và tường hầm sấy và giữa mặt ngoài của tường hầm với môi trường . Ta có: = 6,15 + 4,17v = 14,48 W/m2.k = 1,715(tw2 – tf2 )1/3 Từ đây bằng phương pháp lặp theo công thức: Giai đoạn I: Trong đó: tf1 = 0,5(t1 + t2) = 0,5(35+25) = 300C tf2 = t0 = 250C ta chọn : tw1 = 270C, tw2 = 12,890C vậy ta có: = 3,8 W/m2.k Giai đoạn II: Trong đó: tf1 = 0,5(t1 + t2) = 0,5(45+28) = 340C tf2 = t0 = 250C ta chọn : tw1 = 300C, tw2 =16,98 0C vậy ta có: = 7,4 W/m2.k Giai đoạn III: Trong đó: tf1 = 0,5(t1 + t2) = 0,5(60+30) = 450C tf2 = t0 = 250C ta chọn : tw1 = 400C, tw2 = 27,590C vậy ta có: = 28,95 W/m2.k Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và 2 tường bên: Tổn thất qua 2 tường bên: Ftb = 2(LH.Hh) = 2(35.2,320) = 162,4 m2 Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và trần ktr: Tổn thất qua trần nhà qtr : Diện tích trần: Ftr = (LH.Bh) = 5,6.35 = 196 m2 Tổn thất qua 2 cánh cửa hầm sấy. cửa hầm sấy được làm bằng thép có 5mm hệ số dẫn nhiệt 0,5 W/m2.k. Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS và cánh cửa Diện tích cánh cửa: Fc = 2((BH.Hh) +400) = 8,8m2 Tổn thất qua cánh cửa qc: Tổn thất qua nền: diện tích nền: Fn = Ftr = (LH.Bh) = 5,6.35 = 196 m2 Vậy tổng tổn thất ra môi trường là: qmt = qtb + qtr +qc + qn Tổng tổn thất là: ; : Tính toán quá trình sấy thực thông số trạng thái TNS sau quá trình sấy thực cua các giai đoạn là: Giai đoạn I: = + = 0,015 + =0,0188kgh/kgkk = = Giai đoạn II: = + = 0,015 + =0,0213kgh/kgkk = = Giai đoạn III: = + = 0,015 + = 0,0181kgh/kgkk = = Lượng không khí khô lý thuyết: Suy ra: VI = 0,912.13744,7 = 12535,2 m3/h VII = 0958.9301,6 = 8910,9 m3/h VIII = 0,866.2032,3 = 1753 m3/h Kiểm tra lại tốc độ giả thiết: Tốc độ trên xấp xỉ với dự tính ban đầu nên mọi tính toán xem như là đúng. Thiết lập cân bằng nhiệt nhiệt lượng có ích của các giai đoạn q1 là: tổn thất nhiệt do TNS mang đi ở các giai đoạn q2 là: Tổng nhiệt lượng theo tính toán q’: q’ =q1 + q2+qv+qct + qmt q’I = 2962,43kJ/kgh; q’II = 3277,5kJ/kgh; q’III =11644kJ/kgh nhiệt lượng calorifer cần cung cấp q là: qI = 2894,7kJ/kgẩm; qII = 3333kJ/kgẩm; qIII = 11611kJ/kgẩm. sai số: Đai lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm % 1 Giai đoạn I Nhiệt lượng có ích q1 2441,5 82,4 2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 271,6 9,2 3 Tổn thất nhiệt do VLS qv 36,85 1,24 4 Tổn thất nhiệt do TBCT qct 13,81 0,46 5 Tổn thất ra môi trường qmt 198,68 6,7 6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 2962.43 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 2894.7 100 8 Sai số tương đối 2 1 Giai đoạn II Nhiệt lượng có ích q1 2434.5 72,27 2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 491.4 14,99 3 Tổn thất nhiệt do VLS qv 9.46 0,29 4 Tổn thất nhiệt do TBCT qct 13.44 0,41 5 Tổn thất ra môi trường qmt 328.7 10 6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 3277,5 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3333 100 8 Sai số tương đối 1,6 1 Giai đoạn III Nhiệt lượng có ích q1 2429.9 20,86 2 Tổn thất nhiệt do TNS q2 1664,5 14,29 3 Tổn thất nhiệt do VLS qv 12,13 0,1 4 Tổn thất nhiệt do TBCT qct 42,57 0,37 5 Tổn thất ra môi trường qmt 7495 64,36 6 Tổng nhiệt lượng tính toán q’ 11644 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 11611 100 8 Sai số tương đối 0,2 ; ; Bảng cân bằng nhiệt Qua bảng cho thấy: Tổn thất nhiệt do VLS mang đi và tổn thất do TBCT là nhỏ nhất và xem như không đáng kể. để tăng hiệu quả sử dựng nhiên liệu thì người ta tìm cách giảm nhiệt độ t2 ở các giai đoạn sấy. mặt khác trong giai đoạn (3) là gai đoạn sấy khô cuống lá và thời gian sấy dài nhất, nhiệt độ TNS cao nhưng lượng ẩm thoát ra ngoài rất ít nên tổn thất nhiệt ra môi trường là lớn nhất chiếm khoảng 65% . nên khi xây dựng cần xử lí nền và xây tường hai lớp có cách nhiệt để giảm tổn thất này. Tuy nhiên, giải quyết vấn đề cách nhiệt hầm sấy phải tính toán kinh tế giữa việc tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu. Về hiệu suất nhiệt của hầm sấy chúng ta có thể nhận xét: trong giai đoạn (1) nhiệt lượng chủ yếu đốt nóng VLS và làm nhiệm vụ ủ thuốc để chuyển biến màu nên hiệu suất nhiệt đạt 82% . trong khi đó giai đoạn (3) là giai đoạn sấy khô cuống lá. Vì cuống lá dày ẩm khó thoát hơn nên hiệu suất nhiệt chỉ bằng 21% mặc dù nhiệt TNS trong giai đoạn này là cao nhất.vậy ta có thể tính hiêu suất nhiệt TB của hầm sấy như sau: Tính toán chọn quạt: Thể tích TNS sau khi ra khỏi hầm với ( t2 ) tra ở bảng phụ lục 5 (sách “tính toán và thiết kế hệ thống sấy” của PGS-TSKH. TRẦN VĂN PHÚ) Giai đoạn I: t2 = 25, = 91% →vc = 0,888 m3/kgkk Giai đoạn II: t2 = 28, = 86% →vc = 0,896 m3/kgkk Giai đoạn III: t2 = 30, = 58% →vc = 0,899 m3/kgkk khi đó thể tích TNS sau khi ra khỏi hầm: Thể tích TNS trước khi vào hầm với ( t1 ) tra ở bảng phụ lục 5 (sách “tính toán và thiết kế hệ thống sấy” của PGS-TSKH. TRẦN VĂN PHÚ) Giai đoạn I: t1 = 35, = 41,83% →vb = 0,912 m3/kgkk Giai đoạn II: t1 = 45, = 25% →vb = 0,943 m3/kgkk Giai đoạn III: t1 = 60, =12,2% →vb= 0,983 m3/kgkk khi đó thể tích TNS sau khi ra khỏi hầm: Lượng thể tích trung bình TNS đi trong hầm Vtb: Khi đó ta có tốc độ TNS tính toán là: ; Tính sai số tốc độ TNS đi trong hầm sấy : ; ; Như vậy sai số cả ba giai đoạn đều nhỏ hơn 5%, như vậy là đạt yêu cầu cho phép và các thông số tính toán như trên xem như là đúng. Vậy năng suất quạt để đáp ứng là quạt có 3 tốc độ để dùng cho 3 giai đoạn, hoặc ta chọn quạt có bộ biến tần inverter để điều chỉ tốc độ cho tối ưu và công suất quạt nằm trong phạm vi. Vmax = 15669 m3/h; Vmin = 538,9 m3/h Hoặc quạt 3 tốc độ: V1 = 15669 m3/h; V2 = 7697,5 m3/h; V3 = 538,9 m3/h Công Suất Nhiệt Của Calorifer Và Lượng Hơi Cần Thiết Công suất nhiệt của calorifer: Căn cứ vào Qc ta có thể chọn được calorifer: Từ lưu lương hơi cần thiết D (kg/h) kết hợp với các nhu cầu dùng hơi khác ta có thể chọn lò hơi thích hợp Tai liệu tham khảo Giáo trình “kỹ thuật sấy-trần văn phú; nhà xuất bản Giáo Dục năm 2009 Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-PGS-TSKH. Trần Văn Phú; nhà xuất bản giáo dục. Tai liệu tham khảo trên internet