Đề tài Thiết kế hệ thống sấy thăng hoa để sấy thịt xay

t vẫn có thể sinh sống trong môi trường có nồng độ cao . Muối có thể tác dụng phá huỷ độc tố vi khuẩn , tuy ngâm muối lâu nhưng độc tố vẫn còn và vẫn có thể gây ngộ độc .Sức đề kháng của ấu trùng tương đối kém , thế mà ấu trùng ở nồng độ muối (20 -25 )% vẫn sống được trong một thời gian .Vì vậy nguyên liệu bảo quản phải đảm bảo đảm tươi sạch Do có muối nên ôxy hoà tan vẫn hoà tan trong môi trường ướp muối và các vi sinh vật thiếu không khí có điều kiện để sinh sôi . Do hiện tượng thẩm thấu khi muối thực phẩm , nước trong các tế bào thực phẩm chảy ra ngoài làm giảm độ ẩm của thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi để ức chế sự phát triển của vi sinh vật . Nhưng cũng vì thế mà một số chất dinh dưỡng hòa tan trong nước như muối khoáng , vitamin ... trong thực phẩm theo nước chảy ra ngoài và làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Do ion clo kết hợp với chất đạm ở dây nối pep-tit khiến các men phân huỷ hết chất đạm của vi sinh vật không còn khả năng phá vỡ các phân tử prôtit để lấy chất dinh dưỡng tự nuôi sống và phát triển .Khi muối thịt ngoài muối ăn NaCl người ta phải cho thêm một tỷ lệ tối thiểu NaNO3 ( 0.5 đến 1%) vì axit này cũng có tác dụng ức chế vi sinh vật ngoài ra nó còn giữ cho thịt có mầu hồng * Ngâm nước đường : Sự thẩm thấu của nước đường kém hơn muối nhiều . Nồng độ nước đường phải từ 60% - 65% trở lên mới có đủ khả năng đạt tới mức ức chế sự phát triển của vi sinh vật nhưng không ổn định .Do vậy bảo quản bằng nước đường phải kết hợp với đóng gói kín như hộp , đóng chai . Trong quá trình bảo quản nồng độ đường trong nước đường giảm đi và các chất dinh dưỡng hoà tan của thực phẩm ra nước đường tăng lên , tạo điều kiện thuận lơi cho vi sinh vật phát triển và phá huỷ thực phẩm. g. Dùng nồng độ PH để bảo quản pH thích hợp với từng loại vi sinh vật không giống nhau : Vì vi sinh vật làm hư hỏng thực phẩm , vi sinh vật gây bệnh đều phát triển tốt ở môi trường trung tính , nấm men có thể chịu đựng được pH axit ( 4 - 4,5 ) phạm vi thích hợp cho nấm mốc rất rộng ( 2 - 2,5) .Nhìn chung vi sinh vật làm hư hỏng thực phẩm và gây độc hại cho con người thường không thể sinh trưởng được ở nồng độ pH 4,5. Nên điều chỉnh nồng độ pH cũng là một phương pháp bảo quản thực phẩm có hiệu quả . * Ngâm dấm : Các loại axit dùng trong thực phẩm là các loại axit hữu cơ như axit axêtic , axit lactic ... thường dùng nhất là axit axêtic, axit này có khả năng diệt vi khuẩn tương đối mạnh vừa không độc hại đối với con người . Nồng độ axit axêtic 1,7 % - 2% (pH 2,3 - 2,5) có thể ức chế mạnh rất nhiều loại vi khuẩn gây thối rũa Tuy nhiên một số vi khuẩn có thể phân giải dấm thành CO2 và nước , hạ thấp độ chua xuống và tạo điều kiện cho các vi khuẩn khác phát triển và làm hỏng thực phẩm .Do đó bảo quản thực phẩm bằng ngâm dấm không thể giữ lâu được nếu muốn giữ lâu phải kết hợp với đóng gói kín , như đóng hộp , bao gói kín .. và bảo quản ở nhiệt độ thấp * Lên men chua : Lên men chua là phương pháp bảo quản thực phẩm cổ điển nhất và đơn giản nhất , hiệu quả tốt .Vi sinh vật lên men chua và sinh vật lên men thối là hai nhóm đối lập nhau Vi sinh vật lên men chua sử dụng đường để sinh sôi , nảy nở và trong quá trình đó chuyển thành axitlactic làm cho môi trường chua , hạn chế được sự phát triển của của vi sinh vật thối rũa Vi sinh vật gây thối chỉ phát triển ở môi trường kiềm khi lên men chua thì bị ức chế , nhưng khi các nấm mốc sử dụng axit lactic làm giảm độ chua thì lúc đó vi sinh vật gây thối mới bắt đầu hoạt động chuyển môi trường thành kiềm và vi sinh vật lên men chua bị ức chế .Chính vì sự mâu thuẫn đó mà lên men chua là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm có hiêụ quả h.Bảo quản bằng hoá chất : Việc sử dụng hoá chất để bảo quản thực phẩm là một vấn đề cần thiết và quan trọng .Nhưng dùng hoá chất thế nào để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng là một vấn đề cần quan tâm .Vì vậy các tổ chức quốc tế đã có nhưng quy định về liều lượng sử dụng các hoá chất thêm vào thực phẩm để sát trùng bảo quản được lâu dài nhưng không làm ảnh hưởng đến trạng thái bên ngoài , mùi vị , phẩm chất của thực phẩm . Mốt số hoá chất thông dụng để bảo quản thực phẩm : axit axêtic : có tác dụng ức chế men , vi khuẩn và không độc axit socbic : có tác dụng ức chế men , mốc và yếu hơn đối với vi khuẩn dùng trong thực phẩm phải ở dạng kết tinh trắng , mùi đắng, rất nhẹ tan với tỷ lệ 0,25 trong nước 300C tỷ lệ 12,9% trong cồn tuyệt đối Khí cacbonic: với nồng độ nhất định có thể kiềm chế sự hoạt động của đa số sinh vật .Sử dụng phổ biến trong bảo quản trứng Natrinitrat : Sử dụng để giữ màu đỏ cho thịt muối mặn , làm thuốc sát khuân trong bảo quản cá , thịt và các chế phẩm từ cá ,thịt . i.Dùng các chất kháng sinh : Kháng sinh có tác dụng chủ yếu với vi khuẩn nhưng đối với nấm mốc , nấm men thì tương đối yếu .Dùng kháng sinh bảo quản thực phẩm vừa rẻ và đơn giản không cần trang thiết bị đặc biệt vì vậy nó được sử dụng rộng rãi để bảo quản thịt , cá ...Nhưng năm gần đây người ta thấy nhược điểm trong việc dùng kháng sinh làm thuốc bảo quản như: -Kháng sinh khó bị phân huỷ còn tồn tại trong thực phẩm, có khả năng gây hại như ngộ độc do các chất chuyển hoá của kháng sinh gây ra j.Một số phương pháp hiện đại bảo quản thực phẩm *Dùng tia bức xạ : Gần đây người ta sử dụng bức xạ để bảo quản thực phẩm vì nhiệt độ không tăng mà vẫn tiêu diệt được vi khuẩn nên còn gọi là tiệt khuẩn lạnh . Phương pháp xử lý rất nhanh chóng với khối lượng thực phẩm lớn nên rất phù hợp với công nghiệp bảo quản .Các tia phóng xạ được nghiên cứu là tia a,b,d tử ngoại và tia X .Tử ngoại có sức đâm xuyên yếu nên chỉ dùng để diệt khuẩn ở mặt ngoài thực phẩm , tia anpha cũng vậy có sức đâm xuyên yếu .Tia X có sức đâm xuyên mạnh nhưng lại đắt nên việc sự dụng cũng hạn chế , chỉ còn tia bêta và nhất là tia gama có nhiều triển vọng Tia phóng xạ có khả năng phá hoại các tế bào của vi sinh vật làm mất khả năng sinh sản của chúng .Hiệu quả của tia bức xạ có liên quan tới nhiều yếu tố Các sinh vật nào có cấu trúc phức tạp hơn thì sức đề kháng đối với tia phóng xạ kém hơn và ngược lại Liều lượng tia phóng xạ Mức độ nhiễm bẩn nặng hay nhẹ Các yếu tố khác như chất đạm , đường hoàn nguyên trong thực phẩm có tác dụng bảo vệ sinh vật CO2 , độ ẩm cao , nhiệt độ cao là các yếu tố giúp cho việc diệt khuẩn bằng phóng xạ có hiệu quả hơn Ảnh hưởng của tia phóng xạ đối với thực phẩm : Nếu dùng liều lượng tia bức xạ cao thì làm thực phẩm bị biến đổi đó là đối với vi khuẩn còn đối với men liều diệt còn lớn hơn nhiều so với vi khuẩn từ 5 đến 20 lần *Phương pháp sử dụng khí ozon để bảo quản : Phương pháp này dựa vào tính chất oxy hoá mạnh của ôzôn có thể làm ngừng hẳn hoặc làm chậm sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc cũng như các bào tử của nó trên bề mặt sản phẩm . Sự phát triển của khuẩn sẽ ngừng lại khi nồng độ của ozon trong không khí là 2 mg/ m3 .Khi nồng độ ozon cao đến 10 mg/ m3 sự phát triển của mốc giảm xuống từ 1,5 -2 lần so với khi chúng phát triển trong không khí .Tác dụng của ozon phụ thuộc vào loại vi sinh vật và hàm lượng của nó , nhiệt độ và độ ẩm của không khí và thời gian tác dụng . Dùng ozon tiêu diệt khuẩn , nấm vào những bào tử của chúng nhanh hơn so với khi dùng nhiệt độ thấp .Khi độ ẩm tương đối của không khí trong phòng bảo quản giảm xuống thì tác dụng của ozon đến các vi sinh vật yếu đi Hiệu quả tốt nhất là khi dùng ozon để bảo quản thịt với nồng độ 10 mg/ m3 vào ozon hoá 3 giờ 1 ngày trong 3 - 4 ngày đầu tiên . Trong những thời gian tiếp theo tiến hành ozon hoá phòng bảo quản 3 giờ 1 ngày với nồng độ của ozon 3 mg/ m3 . Theo các công trình nghiên cứu thì ozon hoá phòng bảo quản thời gian bảo quản thịt ướp lạnh có thể tăng lên 25 - 50 lần so với việc bảo quản bình thường .Ngoài ra còn khử mùi lạ trong phòng ngay khi nồng độ không quá cao . Khi nồng độ ozon quá cao thì nó sẽ làm thịt có mầu tối nếu tăng lên mãi thì đến một lúc nào đó thì mỡ sẽ bị oxy hoá . Do vậy để giữ được giá trị dinh dưỡng của thịt khi bảo quản thịt người ta không ozon hoá không khí trong phòng bằng ozon có nồng độ vượt quá 2 mg/ m3 1.2.3 Cách bảo quản một số thực phẩm : a. Bảo quản thịt : Bảo quản thịt có nhiều phương pháp nhưng trong thương nghiệp thường dùng bảo quản lạnh và ướp muôí * Bảo quản lạnh : - Bảo quản lạnh là một trong những phương pháp tốt nhất vì nhiệt độ thấp 00C đến 40C có khả năng hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật trong thịt do đó kéo dài được thời gian bảo quản . Mặt khác khi làm lạnh nước trong thịt đông lại ở bề mặt ngoài của thịt , sẽ có tác dụng bảo vệ các lớp thịt bên trong , thường ướp lạnh bằng nước đá , bằng không khí lạnh ( phòng lạnh hoặc tủ lạnh ) Trong thời gian bảo quản lạnh các giai đoạn biến đổi vẫn xảy ra ở thịt nhưng chậm hơn vì hoạt động và men vi sinh vật bị hạn chế *Bảo quản bằng ướp muối : Muối ăn có khả năng hút nước từ tế bào sinh vật , làm cho vi sinh vật mất khả năng hoạt động Ướp muối khô- thịt trước khi đưa vào bảo quản cần phải rửa sạch hết máu , phân và bụi bẩn . Trước hêt sát lên mặt thịt một hỗn hợp 93% muối ăn còn lại là đường và diêm tiêu , sau đó xếp thịt vào chum hay các thùng gỗ , cứ một lớp thịt phủ một lớp muối thỉnh thoảng đảo lại thịt cho muối ngấm đều. Ướp muối ướp - xếp thịt vào chum , vại rồi đổ ngâm thịt bằng dung dịch chứa 14%- 15% muối , 0,5% diêm tiêu giữ trong 20 ngày đến một tháng Cách này làm cho muối ngấm vào thịt đều hơn cách ướp khô , nhưng chất dinh dưỡng bị hao hụt nhiều hơn . Để tăng nhanh quá trình ướp trước khi ngâm thịt vào dung dịch muối Ướp muối phối hợp khô và ướt : Trước hết tiêm dung dịch muối , đường và diêm tiêu vào giữa súc thịt , sau đó xoa lên mặt thịt hỗn hợp muối ăn diêm tiêu và đường rồi xếp vào chum vại hay thùng gỗ để 6 đến 20 ngày b. Bảo quản cá : * Bảo quản cá sống : Cá sống có giá trị dinh dưỡng cao từ thành phần hoá học chưa bị biến đổi đêm chế biến món ăn có chất lượng tốt , hương vị thơm ngon , do đó các cửa hàng ăn uống khách sạn trong và ngoài nghành thương nghiệp nên tiến hành bảo quản cá sống Dùng bể xi măng để thả cá , để sống được lâu cần cung cấp đủ lượng ôxy bằng cách thay nước sạch thường xuyên với khối lượng đầy đủ * Muối cá : Muối khô : chọn cá tươi có kích thước đều mổ bỏ ruột rửa sạch để ráo nước dùng chum , bể xi măng , cọ rửa sạch sẽ để chứa đựng . Dùng muối sạch nghiền nhỏ để ướp cứ một lớp cá cho một lớp muối Muối ướt : Dung dịch nước muối bão hoà cho cá vào ngâm đậy vỉ , nén chặt để cá khỏi nổi lên . Phương pháp này dùng trong trường hợp bảo quản ngắn ngày để đem hun khói , làm đồ hộp ... * Làm khô cá : -Phơi nắng : rải đều cá trong nong hoặc sàn xi măng để phơi nắng cứ khoảng 2 - 3 giờ lật đảo một lần . Loại cá to thì cần ướp trước rồi treo từng con phơi khi đưa vào nhà để rải tránh hiện tượng cá hấp hơi, bốc nóng Sấy cá : dùng lò than có nhiều ngăn , xếp lên từng ngăn để sấy , nhiệt độ lò nung từ (0-70)0C thường xuyên thay đổi vị trí để cá khô đều Bảo quản cá khô : Dùng giấy xi măng sạch , lá chuối khô các loại này lót trong sọt tre , hòm gỗ , bao tải ... để đựng cá , vì các bao bì này có khả năng cách ẩm tốt .Trước khi phơi rửa sạch cá bằng nước phèn có nồng độ 0,5 g/lít ). Phần này tham khảo sách “Tổng luận các phương pháp bảo quản thực phẩm”[4] PHẦN 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA Hiện nay trong công nghiệp thực phẩm , trong nghành công nghiệp dược ... các hệ thống sấy đóng vai trò rất quan trọng nhất là việc bảo quản hay chế biến thực phẩm . Hệ thống sấy thăng hoa cũng là một trong những hệ thống sấy được dùng khá phổ biến mặc dù trong hệ thống sấy thăng hoa có chi phí cho mỗi sản phẩm khá cao . Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biến thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa . Như vậy để tạo ra quá trình sấy thăng hoa vật liệu sấy phải được làm lạnh dưới điểm 3 thể . Từ đó vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từ dạng rắn trực tiếp thăng hoa lên thể khí và thải vào môi trường . 2.1 . ĐỒ THỊ PHA P -T Hình biểu diễn đồ thị chuyển pha của nước trên toạ độ p-t: p lỏng rắn O khí F D E B t Hình trên biểu diễn đồ thị chuyển pha của hơi nước trên toạ độ p - t . Điểm O gọi là điểm ba thể , ở đó nước tồn tại đồng thời ba thể ,rắn , lỏng , hơi . Nhiệt độ và áp suất điểm ba thể tương ứng bằng t = 0,00980C và p = 4,6mmHg Đồ thị trên biểu diễn các đường như sau Đường BO biểu diễn ranh giới giữa các pha rắn và pha hơi Tương tự đường OK là ranh giới giữa pha lỏng và khí Điểm K gọi là điểm giới hạn ở đó nhiệt ẩn hoá hơi có thể xem bằng không. Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng ở điểm F như ở đồ thị trên được đốt nóng đẳng áp đến nhiệt độ tD tương ứng với điểm D thì nước có thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa DE . Cũng từ hình trên có thể thấy rằng áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng bé . Do đó khi cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì nhiệt độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật liệu sấy càng tăng . Đứng về mặt truyền nhiệt thì đây là ưu điểm của sấy thăng hoa so với sấy chân không bình thường . 2.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG SẤY THĂNG HOA: Quá trình sấy thăng hoa được chia làm 3 giai đoạn : * Giai đoạn làm lạnh : Trong giai đoạn này vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng 200C xuống nhiệt độ -100C đến -150C . Đồng thời trong giai đoạn này không gian bình thăng hoa được hút chân không bởi bơm chân không do vậy áp suất trong bình thăng hoa giảm . Do áp suất giảm nên phân áp suất hơi nước trong bình thăng hoa cũng giảm so với phân áp suất hơi nước trong lòng vật liệu sấy . Điều đó dẫn đến hiện tượng thoát ẩm từ vật liệu sấy vào không gian bình thăng hoa . Như vậy kết thúc giai đoạn làm lạnh nhiệt độ của vật liệu sấy nhỏ hơn nhiệt độ điểm 3 thể , áp suất trong bình thăng hoa cũng nhỏ hơn áp suất điểm ba thể . Theo số liệu thực nghiệm có khoảng 15% đến 20% toàn bộ ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy trong giai đoạn này * Gai đoạn thăng hoa : Trong giai đoạn này nhờ dòng nhiệt chủ yếu là bức xạ nhiệt từ các tấm bức xạ nước trong vật liệu sấy bắt đầu thăng hoa mãnh liệt . Độ ẩm của vật liệu sấy giảm rất nhanh gần như tuyến tính . Như vậy , giai đoạn thăng hoa có thể xem là giai đoạn có tốc độ sấy không đổi . Phần lớn nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được trong giai đoạn này dùng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa . Do đó nhiệt độ vật liệu sấy mới dần dần tăng từ -100C đến -150C lên 00C . Đến đây quá trình thăng hoa kết thúc . * Giai đoạn bốc ẩm còn lại : Sau giai đoạn thăng hoa do trạng thái của nước trong vật liệu sấy nằm trong điểm 3 thể nên ẩm trong vật liệu sấy trở về dạng lỏng . Vì khi đó áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng lên dạng hơi và đi vào không gian bình thăng hoa . Như vậy giai đoạn bốc ẩm còn lại chính là quá trình sấy chân không bình thường Quá trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển ẩm trong các hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển . Khi thăng hoa các phần tử nước không va chạm nhau . Nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ưu điểm rất lớn là bảo đảm được chất lượng sinh học của sản phẩm sấy . Nhược điểm lớn nhất của hệ thống sấy thăng hoa là chi phí sấy của một kg sản phẩm rất cao , hệ thống phức tạp , cồng kềnh , phải dùng đồng thời bơm chân không và máy lạnh . Do đó vận hành phức tạp và đòi hỏi công nhân có trình độ cao . PHẦN 3 . TÍNH TOÁN NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẤY Trong quá trình tính toán và thiết kế hệ thống sấy , phần tính toán nhiệt cho quá trình sấy là một phần rất quan trọng trong quá trình thiết kế . Sau khi tính toán nhiệt chúng ta mới tính toán và chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống sấy như máy lạnh , bơm chân không , tính kích thước bình thăng hoa , bình ngưng tụ ẩm và các thiết bị khác ... Các thông số ban đầu của vật liệu sấy : - Vật liệu ẩm có độ ẩm tuyệt đối : Độ ẩm của thịt trước quá trình sấy là : = 400 % Độ ẩm của thịt sau quá trình sấy là : = 7 % - Khối lượng vật liệu sấy vào hệ thống sấy trong một mẻ G1 = 100 kg/ mẻ - Thời gian sấy t= 12 h - Thời gian đưa vật liệu sấy vào và ra khỏi bình thăng hoa t'= 14h - Thời gian và khối lượng ẩm cần bốc trong từng giai đoạn : + Quá trình làm lạnh : Thời gian trong giai đoạn làm lạnh là : t= 1,5 h Phần trăm khối lượng ẩm bốc hơi trong quá trình làm lạnh là 15% + Quá trình thăng hoa : Thời gian trong giai đoạn thăng hoa là : t= 7,5h Phần trăm khối lượng ẩm bốc hơi trong quá trình thăng hoa là 65% + Quá trình thải ẩm dư : Thời gian trong giai đoạn thải ẩm dư là: t= 3 h Phần trăm khối lượng ẩm bốc hơi trong qúa trình thải ẩm dư là 20% - Nhiệt độ thăng hoa là tth = -100C - Nhiệt độ môi trường là tmt = 20 0C 3.1.TÍNH TOÁN LƯỢNG ẨM CẦN THIẾT CHO TỪNG GIAI ĐOẠN TRONG QUÁ TRÌNH SẤY Khối lượng ẩm cần bốc hơi cho cả quá trình sấy : Ta có công thức tính khối lượng ẩm theo công thức sau : Theo công thức ( 7-7 )sách tính toán và thiết kế hệ thống sấy [1] Ga = G1 Trong đó : W: là khối lượng ẩm cần bốc hơi cho cả quá trình sấy : là độ ẩm tuyệt đối trước quá trình sấy : là độ ẩm tuyệt đối sau quá trình sấy G1 : khối lượng vật liệu sấy vào hệ thống sấy trong một mẻ Thay giá trị bằng số vào ta được : Ga = 100 =78,6 kg/mẻ 3.1.1. Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh trong một giờ : Ta có công thức sau: W1 = , kg/h Trong đó : Wa1 : lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh W1: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh trong một giờ :Thời gian cần bốc ẩm trong giai đoạn làm lạnh Ta có trong giai đoạn làm lạnh với phần trăm khối lượng là 15% nên ta có Wa1 = 78,6 . 15% = 11,79 kg Thay số vào ta được : W1 = = 7,86 kg/h 3.1.2.Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa : Tương tự ta có công thức sau: W2 = , kg/h Trong đó : Wa2: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa W2: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa trong một giờ :Thời gian cần bốc ẩm trong giai đoạn thăng hoa Ta có trong giai đoạn làm lạnh với phần trăm khối lượng là 65% nên ta có Wa2 = 78,6 . 65% = 51,1 kg Thay số vào ta được : W2 = = 6,81 kg/h 3.1.3.Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư: Tương tự ta có công thức sau: W3 = , kg/h Trong đó : Wa3 : lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư W3: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư trong một giờ :Thời gian cần bốc ẩm trong giai đoạn thăng hoa Ta có trong giai đoạn thăng hoa với phần trăm khối lượng là 20% nên ta có Wa3 = 78,6 . 20% = 15,72 kg Thay số vào ta được : W3 = = 5,24 kg/h 3.2.TÍNH TOÁN NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH SẤY: 3.2.1.Tính toán nhiệt bình thăng hoa: Khác với các thiết bị sấy khác , trong bình thăng hoa không có tổn thất nhiệt do : -Thiết bị truyền tải nên Qct = 0, kJ - Tổn thất ra môi trường Qmt = 0, kJ -Tổn thất do tác nhân sấy mang đi Qtns = 0, kJ Như vậy nhiệt lượng tiêu hao trong hệ thống sấy thăng hoa gồm: - Nhiệt lượng cần làm lạnh vật liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ thăng hoa Q1 - Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy thăng hoa Qth - Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi ẩm còn lại sau thăng hoa Qd -Nhiệt lượng vật lý để đưa vật liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ thăng hoa là Q' - Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình đông đặc Q'' Từ đó ta thấy phương trình cân bằng nhiệt cho hệ thống sấy thăng hoa theo công thức ( 15-1 ) [1] : Q = (Q1+ Qth) + Qd - ( Q' + Q'') (kJ) Ta thấy về mặt giá trị tuyệt đối ta có Q1 = Q' + Q'' (kJ) Do vậy ta có : Q = Qth + Qd (kJ) 3.2.2.Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa: Ta có công thức sau : Qth = qth . ( kJ) qth là nhiệt lượng cần thiết cho quá trình thăng hoa trong một giờ qth = rth . W2 (kJ/kg) rth là nhiệt ẩn thăng hoa ở nhiệt độ -100C ta lấy bằng rth = 680 kcal/ kg hay là rth = 2843,488 kJ/kg theo / 4,6,7/ Như trên ta đã tính được W2 = 6,81 kg/h Do vậy ta được : qth = 2843,488 . 6,81 = 19364,15 kJ/h là thời gian trong giai đoạn thăng hoa Thay số vào ta được nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa : Qth = 19364,15 . 7,5 = 145231,15 kJ 3.2.3. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư. Ta có nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư được tính như sau: Qbh = qbh . (kJ) Trong đó : qbh nhiệt lượng cần thiết để bay hơi ẩm dư trong một giờ qbh = r . W3 kJ/h Như chúng ta thấy ẩm còn lại trong giai đoạn này tồn tại dưới dạng lỏng do vậy nhiệt hoá hơi lấy r = 591 kcakl/ kg = 2471,326 kJ/kg Với W3 = 5,24 kg/h ta đã tính được ở trên qbh = 2471,326 . 5,24 = 12949,75 kJ/h thời gian cần thiết để ẩm bốc hơi trong giai đoạn bay hơi ẩm dư Do vậy ta tính được nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư là Qd = 12949,75 . 3 = 38849,24 kJ 3.2.4. Tổng nhiệt lượng cần thiết cho cả quá trình sấy : Q = Qth + Qd kJ Thay số vào ta được Q = 145231,15 + 38849,24 = 184080,4 kJ Hay ta có q = = = 2342kJ/kg ẩm 3.3.TÍNH TOÁN NHIỆT TOẢ RA Ở BÌNH NGƯNG ĐÓNG BĂNG : Bình ngưng-đóng băng là một thiết bị trao đổi nhiệt dạng chùm ống . Phía ngoài ống là quá trình NH3 bay hơi và phía trong hỗn hợp hơi nước - không khí không những thực hiện quá trình ngưng mà còn cả quá trình đóng băng . Do đó nhiệt lượng toả ra trong bình đóng băng là : Theo công thức (15-9 ) [1] Qn = Wb {( r + rđ) + Cpa ( th - tb)} kJ/h Trong đó : Wb là lượng ẩm đóng băng, kg/h r và rđ tương ứng là nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt đông đặc của nước, kJ/kg Cpa là nhiệt dung riêng của hơi, kJ/kg.K t và tb tương ứng là nhiệt độ hơi và nhiệt độ băng, 0C Chọn các nhiệt độ như sau : Nhiệt độ bay hơi NH3 : tbh = -200C Nhiệt độ băng : tb = -160C Nhiệt độ môi trường : th = 20 0C Theo bảng 3 nước và hơi bão hoà [3] Nhiệt ẩn hoá hơi của nước r = 2500kJ/kg Nhiệt đông đặc của nước rđ = 333,37kJ/kg Lượng ẩm đóng băng Wb = 7,86 kg/h Thay số vào ta được nhiệt lượng toả ra trong bình đóng băng: Qn = 7,86 . { (2500 + 333,37 ) + 1,842 . ( 20+16)} = 22791,5 kJ/h hay Qn = 6,33 kW PHẦN 4. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY LẠNH CHO HỆ THỐNG SẤY Đối với hệ thống sấy thăng hoa việc chọn máy lạnh có ý nghĩa rất quan trọng vì đối với hệ thống sấy thăng hoa thì máy lạnh là thiết bị lớn nhất 4.1. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 4.1.1.Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh : Môi chất lạnh trong hệ thống này ta chọn là NH3 với nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh là t0 = - 20 0C 4.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ ở bình ngưng : Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát của thiết bị . Đối với thiết bị làm mát bằng nước thì ta có : tk = tw2 + Dtk Trong đó : tk nhiệt độ ngưng tụ tw2 nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng Dtk hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu khoảng từ 30C đến 50C Chọn nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là 300C Vậy nhiệt độ ngưng tụ là tk = 30 +5 = 35 0C với Dtk = 50C. 4.1.3.Nhiệt độ quá lạnh tql : Ngày nay do thiết bị quá lạnh làm cho máy thêm cồng kềnh , tiêu tốn vật tư tăng , giá thành tăng mà hiệu quả đem lại không cao các máy lạnh hầu như không còn trang bị thiết bị quá lạnh 4.1.4. Nhiệt độ hơi hút th: Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén , nhiệt độ hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Để đảm bảo máy nén hoạt động không hút phải lỏng , người ta bố trí các bình tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt Với môi chất lạnh NH3 nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 50 đến 100C nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút Dtk = 50 - 150C là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy nén làm việc th = t0 + (50 - 150C ) Do vậy ta có nhiệt độ hơi hút vào máy nén : th = -20 + 5 = - 15 0C 4.2.CHU TRÌNH MÁY LẠNH 4.2.1 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên sơ đồ lgp- h a. Sơ đồ hệ thống lạnh : NT TL MN BH NT : Thiết bị ngưng tụ MN: Máy nén TL : Van tiết lưu BH : Thiết bị bay hơi Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh : Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao đẩy vào bình ngưng tụ , ở bình ngưng hơi môi chất thải nhiệt cho nước và ngưng tụ thành lỏng . Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi tại bình bay hơi lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của môi trường lạnh . Hơi lại được hút về máy nén , như vậy vòng tuần hoàn được khép kín b. Chu trình máy lạnh trên đồ thị lgp- h: lgP 3 2 4 h Sự thay đổi trạng thái môi chất lạnh trong chu trình như sau: 1' - 1 quá nhiệt hơi hút 1 - 2 nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất pk 2 - 2' làm mát đẳng áp hơi môi chất lạnh từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà 2' - 3 ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt 3 - 4 quá trình tiết lưu đẳng entanpy ở van tiết lưu 4 - 1' quá trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt p0 = const và t0 = const 4.2.2.Xác định các thông số của chu trình máy lạnh a. Các thông số tại các điểm nút : Từ các thông số cơ bản tra đồ thị lgp-h ta được các thông số khác Nhiệt độ bay hơi: t0 = -20 0C tra đồ thị ta được : áp suất bay hơi là p0 = 0,19 MPa Entanpy h1' = 1736,4 kJ/kg Nhiệt độ quá lạnh : tqn = -15 0C