Đồ án Thiết kế hệ thống sấy cà rốt bằng băng tải

an sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu. Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt. Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại. Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt. Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên. Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài. Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng. Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm. Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy: Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ được tháo ra. Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt. Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu. 2.3. Thiết bị sấy băng tải: Hình 2.1: Thiết bị sấy băng tải ( ngày 23/10/2008) Cấu tạo: là thiết bị làm việc liên tục, có thể dài đến 20m, rộng 3m. Nguyên liệu được đặt trên một băng chuyền lưới có đáy sâu 5-15 cm. Dòng khí lúc đầu có hướng từ dưới lên qua đáy của nguyên liệu và ở các giai đoạn sau đó được hướng xuống dưới để sản phẩm khỏi bị thổi ra khỏi băng chuyền. Ở các thiết bị sấy 2 hoặc 3 giai đoạn nguyên liệu sau khi được sấy một phần sẽ được xáo trộn và chất đống lại vào các băng chuyền kế tiếp sâu hơn (đến 15-25 cm hoặc 25-90 cm ở các máy sấy 3 giai đoạn), nhờ đó cải tiến được tính đồng nhất của quá trình sấy và tiết kiệm được không gian. Sản phẩm thường được sấy đến độ ẩm 10-15 % và sau đó được sấy kết thúc ở thùng sấy. Thiết bị sấy có thể có các khu vực sấy độc lập với nhau được kiểm soát bằng máy tính và hệ thống tự động nạp nguyên liệu và tháo sản phẩm để giảm chi phí nhân công. Hình 2.2: Cấu tạo máy sấy băng tải nhiều cấp ( ngày 23/10/2008) Chương III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ: Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ 3.2. Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu cà rốt thường chọn củ to, màu sáng, lõi nhỏ. Sau khi thu mua về, người ta phân loại thủ công thành các kích thước khác nhau để đảm bảo độ đồng đều cho sản phẩm sau này. Trong quá trình này, người ta cũng loại bỏ những củ bị hư thối, sâu bệnh,… Sau khi phân loại, phần cuống không sử dụng sẽ được cắt bỏ trước khi đưa vào các thiết bị làm sạch nguyên liệu. 3.2.1. Rửa lần 1: Mục đích: nhằm loại trừ hết tạp chất cơ học như: đất, cát, bụi và làm giảm phần nào vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu cũng như lượng thuốc bảo vệ thực vật. Cà rốt sau khi cắt cuống được cho vào các bồn có chứa dung dịch nước Javel (nồng độ 20 – 50 ppm). Sau đó chuyển qua bồn chảy tràn để rửa lại cho sạch hết đất, bụi và nước Javel còn bám lại trên nguyên liệu. Nước rửa cũng như nước dùng trong khi chế biến (như chần, pha chế) phải là nước sử dụng cho thực phẩm, đảm bảo các chỉ tiêu theo qui định. Nước phải trong, không màu, không mùi vị. 3.2.2. Cạo vỏ và rửa lần 2: Đối với một số rau quả có vỏ mỏng như khoai tây, cà rốt, mận, ổi, ta có thể dùng dung dịch kiềm để bóc vỏ. Chất kiềm sử dụng phổ biến là NaOH có độ tinh khiết từ 95% trở lên. Cũng có thể dùng Na2CO3, tuy có tác dụng kém hơn, nhưng rửa lại thì chóng sạch hơn NaOH. Thời gian ngâm rửa nguyên liệu phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch NaOH. Tác dụng bóc vỏ đạt được khi nào rửa xối, lúc đó vỏ nguyên liệu bong tróc ra dễ dàng. Nồng độ NaOH thường sử dụng 1,5 – 2%. Quả xanh, kích thước lớn, cần nồng độ cao hơn quả chín, kích thước nhỏ. Nhiệt độ dung dịch NaOH càng cao thì tác dụng bóc vỏ càng mạnh, nhưng không nên quá cao, sẽ làm chín mềm nguyên liệu. Thời gian ngâm kéo dài từ vài giây đến vài phút. Giữa nguyên liệu và dung dịch ngâm cũng cần có một tỉ lệ xác định. Sau khi ngâm trong dung dịch NaOH, nguyên liệu được rửa lại trong nước luân lưu để loại vỏ và làm sạch NaOH bám vào nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi rửa phải đảm bảo sạch NaOH, thử lại bằng cách nhỏ vài giọt phenolphtalein không thấy xuất hiện màu hồng. Bảng 3.1: Các chỉ tiêu nước sạch dùng trong sản xuất thực phẩm 3.2.3. Cắt lát: Để tạo cảm quan cho sản phẩm cũng như tăng hiệu quả cho quá trình sấy, cà rốt thường được cắt thành lát mỏng hay thành sợi dày 2 mm bằng các máy cắt. Yêu cầu của sản phẩm sau quá trình cắt phải đồng đều về kích thước, không bị dập nát, gãy, nứt,… 3.2.4. Chần (hấp): Trước khi sấy thường chần rau quả trong nước nóng hoặc hấp bằng hơi nước nhằm bảo vệ phẩm chất sản phẩm và rút ngắn thời gian sấy. Khi chần, do tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý của nguyên liệu bị biến đổi có lợi cho sự thoát ẩm khi sấy; các vi sinh vật bị tiêu diệt và hệ thống men (enzyme) trong nguyên liệu bị bất hoạt tránh gây hư hỏng sản phẩm. Đối với rau quả giàu glucide (khoai tây, khoai lang…): chần làm cho rau quả tăng độ xốp, do sự thuỷ phân các chất pectin làm cho liên kết giữa các màng tế bào bị phá vỡ. Tinh bột bị hồ hoá khi chần cũng làm tăng nhanh quá trình sấy.  Đối với rau quả có chứa sắc tố (cà rốt, đậu hoà lan, mận…): chần có tác dụng giữ màu, hạn chế được hiện tượng biến màu hoặc bạc màu. Đối với rau quả có lớp sáp mỏng trên bề mặt (mận, vải…): chần làm mất lớp sáp này, tạo ra các vết nức nhỏ li ti trên bề mặt, do đó gia tăng quá trình trao đổi ẩm giữa quả với môi trường xung quanh, dẫn đến rút ngắn thời gian sấy. Các yều tố ảnh hưởng đến thời gian chần, hấp, đun nóng: trong quá trình chần, hấp, đun nóng ngoài mục đích vô hoạt enzyme, còn phải đảm bảo chất lượng sản phẩm, nên thực phẩm phải được gia nhiệt nhanh. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian phù hợp cho mỗi loại nguyên liệu có ý nghĩa rất quan trọng và thời gian gia nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: • Loại nguyên liệu • Kích thước nguyên liệu • Nhiệt độ gia nhiệt • Phương thức gia nhiệt Thông thường, cà rốt thường được chần ở nhiệt độ 900C trong thời gian 2 phút. Sau khi chần, hấp xong cần làm nguội nhanh. 3.2.5. Sấy khô: Đối với các nguyên liệu rau quả, người ta thường áp dụng phương pháp sấy đối lưu. Không khí nóng được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy ra ngoài. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục. Hình 3.2: Nguyên lý sấy đối lưu Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy: Nhiệt độ sấy: Rau quả là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 900C thì đường fructose bắt đầu bị caramel hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, rau quả có thể bị cháy. Do vậy, để sấy rau quả thường dùng chế độ sấy ôn hoà. Tuỳ theo loại nguyên liệu, nhiệt độ sấy không quá 80 - 900C. Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu. Độ ẩm không khí: Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống. Sấy chính là biện pháp tăng khả năng hút ẩm của không khí bằng cách tăng nhiệt độ. Thông thường khi vào buồng sấy,  không khí có độ ẩm 10 - 13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm. Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên (thông thường khoản 40 - 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dể bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm  sấy. Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy. Lưu thông của không khí: Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0m/s trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng. Độ dày của lớp sấy:  Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. Thông thường nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp. Đối với nguyên liệu cà rốt, ta chọn chế độ sấy ở 70 – 750C trong thời gian 2 giờ cho thiết bị sấy băng tải. 3.2.6. Đóng gói và bảo quản thành phẩm: Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu). Loại khô tốt được đổ chung vào khay hoắc chậu lớn để điều hoà độ ẩm. Sau đó quạt cho nguội hẳn rồi mới đóng gói để tránh hiện tượng đổ mồ hôi.  Tùy từng mặt hàng,  thời gian bảo quản và đối tượng sử dụng mà có quy cách đóng gói khác nhau. Ngoài ra, điều kiện vận chuyển và bảo quản sản phẩm cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn bao bì.  Dạng vật liệu thường dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy cáctông và chất dẻo (PE, PVC, xenlophan…). Bao giấy và hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, có thể tái sinh, nhưng thấm hơi thấm khí, không đều dưới tác dụng của nước và cơ học. Bao túi chất dẻo có đặc tính trong suốt, đàn hồi, dể dàng kín bằng nhiệt, chi phí thấp nhưng có một số bị thấm nước, thấm khí (PE), chịu nhệt kém (PVC,PET).  Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một màng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng. Hình 3.3: Cà rốt sấy thành phẩm ( ngày 23/10/2008) Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Tính thông số tác nhân sấy: Các ký hiệu: G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h). Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h). W1, W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%). W: độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h). L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h). x0: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk). x1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk). x2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk). 4.1.1. Độ ẩm của vật liệu: Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy tính trên căn bản ướt: W1 = 0,85 = 85% (theo [1] bảng 2.2, trang 34). Theo công thức VII.3, trang 93, [3], ta tính ẩm độ trên căn bản khô. à tính trên căn bản khô: (4.1) Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: W2 = 0,05 = 5% à tính trên căn bản khô: 4.1.2. Các thông số tính toán cho tác nhân sấy: Trước khi vào caloriphe: Chọn vị trí đặt khu sản xuất tại Lâm Đồng, để thiết bị đạt hiệu quả trong sản xuất quanh năm, ta chọn các điều kiện về ẩm độ tương đối và nhiệt độ sao cho tối ưu hóa quá trình vận hành thiết bị. Ẩm độ tương đối: φ 0 = 92% Nhiệt độ không khí: t0 = 180C Theo [2] (trang 317), ta có áp suất của hơi nước bão hòa ở 180C là: P0 = 0,0211 at. Theo [4] (công thức 1-6, trang 11), độ ẩm tuyệt đối (hàm ẩm) của không khí được tính theo công thức sau: (4.2) Trong đó: Pkq: áp suất khí quyển là 1,033 at : ẩm độ tương đối P0: áp suất hơi bão hòa à (kg ẩm/kg kkk) Enthalpy (nhiệt lượng riêng) của không khí được tính theo [5] (công thức 9.3, trang 270) I0 = Ck.t0 + x0.ih (J/kg kkk) (4.3) Trong đó: Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô (J/kg.độ) (lấy Ck1000 J/kg.độ) t0: nhiệt độ của không khí (180C) ih: enthalpy của hơi nước ở nhiệt độ t0 (J/kg) ih = r0 + Ch.t0 = (2493 + 1,97.t0).103 (J/kg) r0 = 2493.103 (J/kg): ẩn nhiệt của hơi nước ở 00C Ck = 1,97.103 (J/kg.độ): nhiệt dung riêng của hơi nước à I0 = 1000 .18 + 0,0119 . (2493 + 1,97 . 18) .103 =48090 (J/kg kkk) Sau khi ra khỏi caloriphe: Do cà rốt là một nguyên liệu giàu vitamin nên để tránh tổn thất hàm lượng vitamin này, ta chọn nhiệt độ sấy ở 700C. Nhiệt độ không khí: t1 = 700C àP1 = 0,3177 at Hàm ẩm của không khí không đổi: x1 = x0 = 0,0119 (kg ẩm/kg kkk) Từ công thức tính hàm ẩm (4.2), ta có thể suy ra công thức tính : Enthalpy của không khí sau khi ra khỏi caloriphe: I1 = 1000.70 + 0,0119.(2493 + 1,97.70).103 = 101307 (J/kg kkk). Trạng thái không khí sau khi sấy: Dùng giản đồ trạng thái hỗn hợp không khí ẩm ([5], trang 271), ta xác định nhiệt độ điểm sương của quá trình sấy là 300C. Để tránh trường hợp đọng sương lại trên bề mặt vật liệu, ta chọn nhiệt độ của không khí sau khi sấy là 400C. Nhiệt độ không khí: t2 = 400C à P2 = 0,0752 at Nếu sấy lý thuyết thì: I1 = I2 = 101307 (J/kg kkk) Từ công thức tính enthalpy của không khí ẩm (4.3), ta có thể suy ra hàm ẩm của không khí sau khi sấy: (kg ẩm/kg kkk) Ẩm độ tương đối: Bảng 4.1: Các thông số tác nhân sấy Các thông số Trạng thái 0 Trạng thái 1 Trạng thái 2 Ẩm độ tương đối Nhiệt độ (0C) Độ ẩm tuyệt đối (kg ẩm/kg kkk) Enthalpy của không khí (J/kg kkk) Áp suất hơi nước bão hòa (at) 0,92 18 0,0119 48090 0,0211 0,061 70 0,0119 101307 0,3177 0,506 40 0,0238 101307 0,0752 4.2. Cân bằng vật chất cho quá trình sấy: Trong quá trình sấy, ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy. Năng suất của thiết bị là 1.500 kg/ngày (nhập liệu), ta cho thiết bị làm việc 15 giờ/ngày. Thời gian còn lại dùng để vệ sinh và kiểm tra hệ thống. à Năng suất nhập liệu: G1 = 100 kg/h Theo [3] (công thức VII.18, trang 102), ta tính lượng ẩm bay hơi: (kg/h) (4.4) Khối lượng vật liệu sau khi sấy: G2 = G1 – W = 100 – 84,21 = 15,79 (kg/h). à Năng suất theo sản phẩm của hệ thống: 236,85 (kg/ngày). Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối tính theo [3] (công thức VII.19, trang 102): (kg/h) (4.5) Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng không khí tiêu hao riêng) theo [3] (công thức VII.20, trang 102) : (kg kkk/kg ẩm) (4.6) Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy ([3], công thức VII.21, trang 102): L = W.l = 84,21.84,03 = 7076,17 (kg/h) (4.7) 4.3. Tính chọn thời gian sấy: Do quá trình tính toán thời gian sấy phụ thuộc rất nhiều vào việc thiết lập đường cong sấy vật liệu trong thực tế. Do điều kiện không cho phép nên trong phần tính toán này, ta chọn thời gian sấy dựa theo kết quả một số thí nghiệm trong [7] (từ trang 30 đến 49). Mặc dù có sự khác nhau về thiết bị và sai số, tuy nhiên ta có thể dùng số liệu này để thuận tiện tính toán cho các phần sau. Ta chọn thời gian sấy để đạt ẩm độ yêu cầu là 60 phút. Chương V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 5.1. Thể tích riêng của không khí sấy: Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy có thể được tính theo [3] (công thức VII.8, trang 94): (m3/kg kkk) (5.1) Trong đó: R: hằng số (287 J/kg.K) T1 = 70 + 273 = 343 K P1 = 0,3177 at (1at = 0,981.103 N/m2) = 0,061 è Thay vào công thức, ta có: v1 = 0,95 (m3/kg kkk) Thể tích không khí vào phòng sấy: V1 = L.v1 = 7076,17 x 0,95 = 6722,36 (m3/h) Thể tích riêng không khí ra khỏi phòng sấy cũng tính theo công thức (5.1): v2 = 0,92 (m3/kg kkk) Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy: V2 = L.v2 = 6510,08 (m3/h). à Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy: (m3/h) 5.2. Chọn kích thước băng tải: Gọi Br: chiều rộng băng tải (m), chọn Br = 0,45m H: chiều dày lớp vật liệu, chọn H = 0,15m : vận tốc băng tải : khối lượng riêng xốp của cà rốt (560 kg/m3) Năng suất của thiết bị sấy băng tải theo [4] (công thức 6.29, trang 158): G1 = Br.h.. (kg/h) (5.2) à (m/h) Thực tế chiều rộng của băng tải còn được tính theo hệ số hiệu chỉnh : (chọn =0,9) à(m) Gọi: Lb: chiều dài băng tải ls: chiều dài phụ thêm (khoảng 1,2m) T: thời gian sấy (1h) Lb = .T + ls = 2,65.1 + 1,2 = 3,85 (m) Vậy ta chọn kích thước của băng tải là: dài 3,85m; rộng 0,5m và có đường kính tang trục d = 0,3m. 5.3. Chọn vật liệu và tính kích thước hầm: Hầm sấy được xây bằng gạch và vữa ximăng. Chọn bề dày viên gạch 0,2m và hai lớp vữa hai bên 0,01m à bề dày tường 0,22m. Trần phòng được làm bằng bêtông cốt thép có chiều dày 0,22m và lớp cách nhiệt dày 0,15m. Cửa phòng sấy được làm bằng hai tấm nhôm dày 0,015m; giữa có lớp cách nhiệt dày 0,01m. Chiều dài làm việc của phòng sấy: L = chiều dài băng tải + khoảng trống hai đầu hầm = 3,85 + 0,5.2 = 4,85 (m) Chiều cao: H = bề dày toàn băng tải + khoảng trống trên dưới = 0,3 + 0,5.2 = 1,3 (m) Chiều rộng: R = chiều rộng băng tải + khoảng trống hai bên = 0,5 + 0,3.2 = 1,1 (m) Nếu ta tính cả tường thì kích thước hầm sấy sẽ là : Lh = 4,85 + (0,2 + 0,02).2 = 5,29 (m) Hh = 1,3 + 0,02 +0,15 = 1,47 (m) Rh = 1,1 + (0,2 + 0,02).2 =1,54 (m) 5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng: 5.4.1. Vận tốc và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy: Vận tốc của không khí trong phòng sấy (theo [8], trang 12): (m/s) (5.3) Chế độ chuyển động của không khí được tính theo [2] (công thức II.4, trang 359): (5.4) với Re: hằng số Reynold đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng ltđ: đường kính tương đương (m) Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy = Dựa vào nhiệt độ trung bình này, tra bảng I.114 ([2]), ta có được độ nhớt động học của không khí trong hầm là 1970.10-8 (m2/s). à Vậy Re = 7,7752.104 > 104 nên chế độ của không khí trong hầm là chế độ chảy rối. 5.4.2. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh: = (5.5) : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bên ngoài : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy ra phòng sấy với không khí bên ngoài =40-18 = 220C; 70-18=520C Vậy = 34,90C 5.4.3. Tính tổn thất nhiệt lượng: (tham khảo [8], từ trang 13 đến 21) 5.4.3.1. Tổn thất qua tường: Tường xây bằng gạch dày 0,22 m; trong đó chiều dày viên gạch = 0,2 m và chiều dày mỗi lớp vữa = 0,01 m. Tra bảng I.126 (trang 128, [2]), ta được hệ số dẫn nhiệt của hai vật liệu: = 0,77 (W/m.độ) và = 1,2 (W/m.độ). Không khí nóng chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên (vì có sự chênh lệch nhiệt độ) và do cưỡng bức (quạt); không khí chuyển động xoáy. Gọi là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy: = k() (5.6) là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên : là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức đơn vị (W/m2độ) k : hệ số điều chỉnh (thường bằng 1,2 – 1,3) Tính : Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí được cho theo [3] (công thức V.42, trang 16): Nu = CR0,8 = 0,018..Re0,8 (5.7) Trong đó: phụ thuộc vào tỷ số và Re Ta có: = 4,07 và Re = 7,7752.10 Tra bảng và tính toán ta được: = 1.14 (bảng V.2, trang 15, [3]) è Nu = 0,018 . 1,14 * (7,7752*10)0.8 = 167,78 Mà Nu = suy ra = = (5.8) Trong đó, hệ số dẫn nhiệt của không khí là 0,0270 (W/m.độ) được tra ở bảng I.137, trang 149, [2]. Tính : Gọi tT1 là nhiệt độ trung bình của bề mặt thành ống (tường) tiếp xúc với không khí trong phòng sấy. Chọn tT1 = 44 0C Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí vào phòng sấy tức tác nhân sấy: ttbk =0C Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. ttb = oC Tại nhiệt độ này tra bảng được : = 2,82 .10-2 (W/mđộ) 19,55 . 10 (m2/s) (độ nhớt động học) Chuẩn số Gratkov: đặc trưng cho tác dụng tương hỗ của lực ma sát phân tử và lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ cao khác của dòng, kí hiệu Gr, được tính theo công thức V.39, trang 13, [3]. Gr = (5.9) Với g: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2) H: chiều cao của phòng sấy = ttbk – tT1 = 55 – 44 = 110C T = ttbk + 273 = 328 K è Gr== 1,89.109 Mà chuẩn số Nuxen là Nu = 0,47.Gr0,25 (công thức V.78, trang 24, [3]) (5.10) è Nu = 97,99 Hơn nữa, theo công thức (5.8): Nu = suy ra = = 2,03 Từ đó Suy ra q1 = = 6,612 . 11 = 72,73 (kJ/kg) Nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến mặt trong của tường là 72,73. Tính : Hệ số cấp nhiệt của bề mặt ngoài mấy sấy đến môi trường xung quanh: Với : hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên : hệ số cấp nhiệt do bức xạ Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì: q1= (5.11) Mà (m2độ/W) (công thức V.4, trang 3, [3]) (5.12) : bề dày các lớp tường : hệ số dẫn nhiệt tương ứng : bề dày lớp vữa có (W/m.độ) : bề dày của viên gạch có (W/m.độ) Vậy (m2độ/W) Từ đó tT1-tT2 = q1 = 72,73 . 0,27 = 20,1(0C) tT2: nhiệt độ tường ngoài phòng sấy tT2 = tT1 – 32,79 = 44 – 20,1 = 23,90C Nhiệt độ lớp biên giới giữa tường ngoài phòng sấy và không khí ngoài trời tbg = 0C Tại nhiêt độ tbg này tra bảng, ta tính được (W/m.K) (m2/s) Nhiệt độ tường ngoài và nhiệt độ không khí có độ lệch là: = tT2 - tkk = 23,9 - 18= 5,90C Chuẩn số Gratkov là Gr=.109 Chuẩn số Nuxen là Nu = 0,47.Gr0,25 = 85,22 Suy ra = Hệ số cấp nhiệt bức xạ = (5.13) Với :Độ đen của vữa lấy 0,9 Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối lấy 5,67 T1 = tT2 + 273 =296,9 K T2 = tkk + 273 = 291 K Từ đó: Nên = 1,68 + 5,19 = 6,87 Nhiệt tải riêng từ bề mặt của tường ngoài dến môi trường không khí q2 = (kJ/kg) Vậy tổn thất qua tường Qt = 3,6.k. (5.14) Mà (m2) (m2) (m2) è k = 0C Từ đó: Qt = 3,6 . 1,76 . 15,47 . 8,19 = 802,77 (kJ) Vậy qt= (kJ/kgẩm) 5.4.3.2. Tổn thất qua trần: Trần đúc: lớp bêtông cốt thép (W/mđộ) lớp cách nhiệt thủy tinh dày (W/mđộ) Cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến mặt dưới của trần: Cấp nhiệt do đối lưu bức xạ Nu = 0,018= 167,78 Suy ra Cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên Chọn nhiệt độ trần dưới là: 700C Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa trần phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy. ttb = oC tT1= 70oC suy ra ( W/moC) ( m2/s) T1= ttb + 273 = 62,5+273 = 335,5 K T2= 2910C Chuẩn số Gratkov Gr = .108 Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47 . Gr0,25 = 76,49 (lấy k =1,2) Nhiệt tải riêng q1 = Cấp nhiệt từ bên ngoài đến môi trường xung quanh: Trong qua trình truyền nhiệt ổn định thì: q1= suy ra : tT1-tT2 = q1 suy ra : tT2 = tT1 – q1 = 70 – 53,9 . 0,21 = 58,50C Hiệu số nhiệt độ giữa trần ngoài và không khí: oC Nhiệt độ biên giới giữa trần ngoài và không khí tbg = oC Tại nhiệt độ này tra bảng được (W/mK) (m2/s) Cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên: Nu = 0,47 . Gr0,25 Với Gr là chuẩn số Gratkov Gr109 Chuẩn số Nuxen là: Nu = 124,03 Vậy hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên là: Vì bề mặt trần hướng lên trên nên hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên tăng 30% vậy ta có hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên thực tế là: Cấp nhiệt do bức xạ: T1 = tT2 + 273 = 58,5 + 273 = 331,9 K ; ; Co=5,67 T2 = 291K Suy ra Vậy =3,95 + 6,25 = 10,2 Nhiệt tải riêng q2 = è Tổn thất qua trần là: Qtr = 3,6 . k . k : là hệ số truyền nhiệt k = Thay số vào ta có: Qtr = 3,6 . 2,24 . 6,98 . 19,5 = 1097,6 (kJ) Nhiệt tải riêng : qtr = kJ/kg ẩm 5.4.3.3. Tổn thất qua nền: Qn = 3,6 . q1 . F q1: tổn thất qua một m2 (q1 = 53,89 kJ/kg ẩm) F : diện tích nền Vậy thay số vào ta có: Qn = 3,6 . 53,89 . 8,15= 1581,13 (kJ) Nhiệt tải riêng: qn = (kJ/kg ẩm) 5.4.3.4. Tổn thất qua cửa: Qc = 3,6 . kc . Gọi là hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến cửa trong : hệ số cấp nhiệt do cưỡng bức lấy = 3,48(lấy gần bằng hệ số cấp nhiệt do đối lưu cương bức đối với tường) : cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên Gọi nhiệt độ cửa trong là tT1 = 650C Nhiệt độ lớp ngăn cách tbg= Tại nhiệt độ này tra bảng được (W/mđộ) (m2/s) Chuẩn số Gratkov Gr = = Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47 . Gr0,25 = 80,6 Hệ số cấp nhiệt do tự nhiên là: è hệ số cấp nhiệt từ trong không khí nóng đến cửa trong là : ta chọn k =1,2 Nhiệt tải riêng q1 = (kJ/kg ẩm) Gọi là hệ số cấp nhiệt từ cửa ngoài ra không khí xung quanh Ta có: Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì: = suy ra Với tT2 là nhiệt độ cửa ngoài của phòng sấy tT2 = tT1- = tT2 - tkk = 64-18 = 46 oC : độ