Đồ án Xây dựng hệ thống sấy tự động các sản phẩm kém chịu nhiệt

ủa không khí, còn khi bánh xe quay tới phần nhả ẩm thì một dòng không khí nóng sẽ được thổi qua để lấy ẩm từ chất hút ẩm (giai đoạn hoàn nguyên). Dòng không khí sau khi được hút ẩm có nhiệt độ cao (trên 600C) vì vậy để nhiệm vụ của máy lạnh là giảm nhiệt độ của dòng khí khô và nóng xuống. Dòng khí sau khi đi qua máy lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm nhỏ. Hình 1.25b: Đồ thị I - d biểu diễn sự thay đổi trạng thái của không khí. Không khí ẩm từ điểm 2, được hút ẩm và làm nóng lên ở điểm 3. Từ đây, không khí khô được giảm nhiệt độ đẳng d xuống điểm 1. Không khí được tiếp xúc với vật sấy. ẩm từ trong vật được hấp thụ bởi dòng khí khô và trạng thái không khí trở về điểm 2. Tạo thành một vòng tuần hoàn của quá trình hoạt động của tác nhân sấy. Ưu điểm: - Khả năng hút ẩm lớn, năng suất hút ẩm cao. Nhược điểm: - Giá thành thiết bị tương đối lớn, ngoài máy hút ẩm còn cần thêm máy lạnh nên chi phí rất cao. - Chất hút ẩm phải được thay thế định kỳ do hao hụt khối lượng và lão hoá chất hút ẩm. Thường đối với sản phẩm của nước ngoài sản xuất một năm thay một lần, còn của Việt Nam thì thời gian thay thế ngắn hơn nhiều. - Trong điều kiện làm việc nhiều bụi, bẩn thì máy cần phải có thời gian ngừng hoạt động để làm sạch cho chất hấp phụ của máy hút ẩm. - Điện năng cho hệ thống rất lớn vì ngoài việc đốt nóng không khí để giúp cho quá trình hoàn nguyên chất hấp phụ, còn phục vụ cho chạy máy lạnh. - Chi phí bảo dưỡng lớn. d. Sử dụng bơm nhiệt - máy nén. Dùng bơm nhiệt - máy nén để tạo ra tác nhân sấy có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho quá trình sấy. Hình 1.26 mô tả kết cấu một loại buồng sấy sử dụng bơm nhiệt - máy nén. Nguyên lý hoạt động: Không khí ẩm qua buồng sấy có trạng thái điểm 1 được hút qua dàn lạnh của bơm nhiệt. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt của không khí với tác nhân lạnh. Nhiệt độ của không khí được đưa xuống nhiệt độ đọng sương, ẩm trong không khí đạt trạng thái bão hoà và ngưng tụ lại ở dàn lạnh. Vì vậy độ chứa ẩm d của dòng khí giảm xuống, nhưng do nhiệt độ không khí cũng giảm nên độ ẩm tương đối sau khi đi khỏi dàn nóng cao, khoảng 95%. Điều này được giải thích như sau: Trạng thái không khí nhận được là hỗn hợp của hai dòng không khí, dòng thứ nhất truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt khi tiếp xúc trực tiếp với dàn lạnh có nhiệt độ gần như nhiệt độ bề mặt (cao hơn một ít nhiệt độ bay hơi), dòng thứ hai không tiếp xúc trực tiếp với dàn lạnh nên có nhiệt độ cao hơn. Hai dòng được trộn lẫn với nhau nên nhiệt độ không khí xử lý ở mọi vị trí của dàn lạnh theo hướng chuyển động của nó đều có thể xem là nhiệt độ hỗn hợp. Kết thúc quá trình làm lạnh, không khí ở trạng thái bão hòa nhưng do có quá trình hỗn hợp như trên và nhiệt tỏa từ quá trình ngưng ẩm nên điểm kết thúc không nằm trên đường độ ẩm bão hòa mà dâng cao hơn (nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đọng sương tương ứng với phân áp suất cuối quá trình xử lý và độ ẩm φ < 100%). Trạng thái không khí điểm 2, được chuyển qua dàn nóng, không khí được đốt nóng đẳng d lên trạng thái điểm 3 (φ3, t3) với độ ẩm φ3 tương đối thấp. Dòng không khí khô này được thổi vào buồng sấy. ẩm từ vật sấy bay hơi và đi vào dòng tác nhân sấy. Sau khi ra khỏi buồng sấy không khí có trạng thái điểm 1 (φ1,t1). Tiếp tục vòng tuần hoàn. Ưu điểm: - Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt để. - Giảm được chi phí về thiết bị, vận hành và bảo dưỡng. - Qúa trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thay chất hấp phụ như trong máy bài ẩm. - Tuổi thọ thiết bị cao. Trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu như không cần bảo dưỡng lớn. Sau một thời gian sử dụng, cần vệ sinh dàn ngưng tụ và dàn bay hơi để đảm bảo khả năng trao đổi nhiệt tốt. - Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy hút ẩm hấp phụ. Nhược điểm: - Thời gian sấy thường kéo dài. Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách nâng cao tốc độ dòng tác nhân sấy. Vấn đề này cần được nghiên cứu kĩ lưỡng để đảm bảo cho chất lượng sản phẩm sấy được tốt nhất. III. ứng dụng bơm nhiệt trong kĩ thuật sấy. 1. Mục đích. - Xây dựng hệ thống sấy những sản phẩm không chịu được nhiệt độ cao. - Tạo ra chế độ sấy tuỳ ý trong một dải nhiệt độ, cho phép sấy nhiều loại sản phẩm khác nhau. - áp dụng hệ thống điều khiển, giám sát tự động vào quá trình sấy 2. Cơ sở để xây dựng hệ thống. - Dựa vào ưu điểm của bơm nhiệt. - Dựa vào các phương pháp sấy, lựa chọn phương pháp sấy phù hợp với bơm nhiệt và cho một số loại sản phẩm kém chịu nhiệt. - ứng dụng phần mềm điều khiển, giám sát của hãng Rockwell Automation vào hệ thống sấy. 3. Yêu cầu đối với hệ thống sấy. - Nhiệt độ: Hệ thống dùng để sấy các sản phẩm kém chịu nhiệt vì vậy tác nhân sấy sau khi đi qua dàn ngưng tụ của bơm nhiệt có nhiệt độ thấp hơn 600C. - Độ ẩm: Nhiệt độ của quá trình sấy được khống chế thấp, vì vậy để tăng hiệu quả quá trình sấy thì độ ẩm của tác nhân sấy sau khi qua dàn ngưng phải nhỏ hơn 40%. - Tốc độ tác nhân sấy: Tốc độ tác nhân sấy cũng là yếu tố quan trọng. Nếu tốc độ lớn thì sẽ thổi bay vật liệu sấy, nếu nhỏ quá thì thời gian sấy lâu. Vì vậy cần phải lựa chọn quạt phù hợp để cho tốc độ tác nhân đảm bảo được yêu cầu về vận chuyển ẩm từ vật ẩm sang không khí. - Hệ thống phải đảm bảo sự đồng đều ở các vị trí trong buồng, vì vậy thiết kế kênh gió vào, ra để phân bổ gió đồng đều đến các tầng chứa vật liệu. Chất lượng của sản phẩm vì vậy sẽ đồng đều. 4. Định hướng chung. Từ những phân tích như trên chúng em tiến hành đưa ra ý tưởng xây dựng một hệ thống sấy sử dụng chính bơm nhiệt để đốt nóng không khí. Các trang thiết bị sử dụng trong hệ thống: + Hệ thống sấy: - Ba máy nén: Sử dụng loại bơm nhiệt nén hơi vì vậy chúng em lựa chọn ba máy nén nhằm tăng cường hiệu quả cho hệ thống. - Ba dàn ngưng tụ và ba dàn bay hơi: dùng loại dàn có cánhđể tăng cường quá trình trao đổi nhiệt với tác nhân sấy. - ống tiết lưu: Bơm nhiệt trang bị cho hệ thống có công suất nhỏ nên thay vì sử dụng van tiết lưu, chúng em lựa chọn ống mao. - Phin sấy lọc: đường kính trong của ống mao là rất nhỏ, dễ bị tắc do nước và bụi bẩn, dầu mỡ bám vào, nên phải lắp một phin lọc trước ống mao. - Tác nhân lạnh: R22, là loại tác nhân lạnh được sử dụng rộng rãi. - Ba quạt hút: Tuần hoàn tác nhân sấy. + Hệ thống điều khiển, giám sát: - Một bộ PLC điều khiển hệ thống. - Một máy tính giám sát giúp cho người vận hành dễ dàng theo dõi được hoạt động cũng như dùng để vận hành hệ thống. - Các thiết bị đo lường, các cơ cấu chấp hành Phương pháp sấy: Lựa chọn phương pháp sấy đối lưu tuần hoàn 100% tác nhân sấy. Nguyên lý hoạt động: Không khí ban đầu được đốt nóng bởi dàn ngưng tụ của bơm nhiệt. Tác nhân sấy có độ ẩm tương đối thấp được quạt hút đẩy vào trong buồng sấy. Không khí chảy trùm lên vật sấy và đốt nóng vật sấy. Do sự chênh lệch về thế sấy nên ẩm trên bề mặt vật sấy được bay hơi và cuốn theo dòng tác nhân sấy. Khi đi ra khỏi buồng sấy tác nhân sấy có nhiệt độ giảm và độ ẩm cao. Để tái tuần hoàn, tác nhân sấy yêu cầu phải được giảm độ ẩm xuống, vì vậy dòng tác nhân sấy đó được đưa qua dàn lạnh. ẩm trong tác nhân sấy được ngưng tụ lại trên dàn bay hơi, rồi chảy xuống hệ thống máng. Nước ngưng được gom lại và dẫn ra ngoài. Tác nhân sấy sau khi được giảm độ ẩm lại cho qua dàn ngưng để đốt nóng lên và tiếp tục thực hiện vòng tuần hoàn kín. Chúng ta biết rằng công suất của dàn ngưng cộng thêm nhiệt tỏa từ quạt luôn luôn lớn hơn công suất của dàn bay hơi, nên không khí qua mỗi lần tuần hoàn nhiệt độ sẽ tăng dần lên. 5. Ưu điểm chính của hệ thống. - Hệ thống sử dụng cả dàn nóng và dàn lạnh của bơm nhiệt nên hiệu quả sử dụng của bơm nhiệt là rất cao. Ngoài ra nó cũng bao gồm cả những ưu điểm vốn có của bơm nhiệt như đã nói ở trên. - Hệ thống sấy được thiết kế là hệ thống sấy đối lưu tuần hoàn toàn bộ tác nhân sấy nên quá trình sấy không phụ thuộc và điều kiện không khí bên ngoài; rất phù hợp cho vùng không khí ẩm như ở Việt Nam; sản phẩm sấy sạch, không bị ô nhiễm bởi bụi và hoá chất có trong không khí; sản phẩm sấy vẫn giữ được hương vị tự nhiên. - Nhiệt độ của tác nhân sấy khống chế nhỏ hơn 600C, độ ẩm tác nhân từ 30-40% rất phù hợp với các sản phẩm kém chịu nhiệt, dễ cong, vênh, nứt, vỡ. Sản phẩm vẫn giữ nguyên được màu sắc. - Ưu điểm nổi bật của hệ thống là được trang bị hệ điều khiển, giám sát của hãng Rockwell Automation. Hệ thống sấy được kết nối máy tính, rất dễ dàng để theo dõi và điều khiển. Hệ thống có thể hoạt động theo: chế độ thủ công, chế độ nhiệt cao, hay chế độ tự động, điều này mang lại tính linh hoạt cho hệ thống. Sử dụng các chế độ khác nhau đó để thí nghiệm, khảo sát quá trình sấy đối với một số loại sản phẩm sấy tương tự nhau, và tìm ra chế độ tối ưu cho mỗi loại sản phẩm. Vì luôn được theo dõi và kiểm tra như vậy, chất lượng sản phẩm sấy thu được rất cao và đồng đều. IV. Kết luận. - ưu điểm của việc sử dụng bơm nhiệt máy nén là tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi sinh. - Việc ứng dụng bơm nhiệt vào quá trình sấy nhiệt độ thấp là rất phù hợp, nâng cao chất lượng các sản phẩm kém chịu nhiệt. - Hệ thống sấy hiện đại, được vận hành dưới sự điều khiển giám sát trực tiếp bằng máy tính, rất tiện lợi, mang lại tính hiệu quả và ổn định cao. Chương II Cơ sở tính toán, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm. I. Cơ sở tính toán, thiết kế: Qua những phân tích như trên ta nhận thấy ưu điểm lớn nhất : - Bơm nhiệt là hiệu quả về năng lượng. - Hệ thống sấy tuần hoàn 100% tác nhân sấy là sản phẩm sấy không phụ thuộc vào điều kiện môi trường, và thu hồi hương liệu. Vì vậy, chúng ta đi xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống sấy bơm nhiệt tuần hoàn toàn bộ tác nhân sấy với mục đích : - Khảo sát quá trình động học sấy lý thuyết và thực nghiệm. - Thực hiện sấy các sản phẩm kém chịu nhiệt. - Đặc biệt, xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát tự động hiện đại. 1. Cơ sở tính toán máy sấy bơm nhiệt. Sơ đồ nguyên lý chung: Khi làm việc hệ thống thực hiện 2 chu trình tuần hoàn kín ngược chiều: - Tác nhân lạnh tuần hoàn kín nhờ máy nén. - Tác nhân sấy tuần hoàn kín nhờ quạt. (φ3,t3) G(kg/s) (φ1,t1) (φ2,t2) Hình 2.1:Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt. Tác nhân sấy ban đầu có độ ẩm khá cao có trạng thái điểm 2(φ2,t2,d2) tuần hoàn qua dàn bay hơi với lưu lượng G(kg/s).Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tác nhân lạnh. Nhiệt độ dàn lạnh thấp đưa nhiệt độ tác nhân sấy xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương nên ẩm trong không khí đạt đến trạng thái bão hoà,ẩm sẽ ngưng tụ tại dàn bay hơi và thoát ra ngoài. Hình 2.2 : Chu trình kín của tác nhân sấy. Tác nhân sấy sau khi qua dàn bay hơi có trạng thái điểm 3(φ3,t3,d3) tiếp tục đi qua dàn ngưng. Tại dàn ngưng tác nhân lạnh có nhiệt độ cao hơn truyền cho tác nhân sấy làm nhiệt độ tác nhân sấy tăng và độ ẩm giảm mạnh.Sau dàn ngưng tác nhân sấy có trạng điểm 1(φ1,t1,d1) với độ ẩm thấp vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy. Tác nhân sấy đi qua buồng sấy nhận hơi nước từ vật sấy nên trạng thái của nó là điểm 2(φ2,t2,d2). Như vậy, quá trình sấy 1-2-3-1 là chu trình kín của tác nhân sấy. Chu trình tác nhân lạnh là chu trình Cacno ngược, biểu diễn trên đồ thị P – i. Trạng thái hơi tác nhân sau thiết bị bay hơi là hơi quá nhiệt điểm 1’ (P1’,T1’,i1’). Máy nén nén đoạn nhiệt hơi tác nhân đến trạng thái điểm 2’(P2’,T2’,i2’), hơi tác nhân tiếp tục được đẩy đến dàn ngưng, tại đây do truyền nhiệt cho tác nhân sấy nên ngưng tụ thành trạng thái lỏng điểm 3’(P3’,T3’,i3’). Qua dàn ngưng, tác nhân lạnh đến van tiết lưu giảm áp, giảm nhiệt, đẳng entanpi. Điểm 4’ là trạng thái hơi tác nhân sau VTL qua dàn bay hơi có trạng thái điểm 1’. Như vậy 1’-2’-3’-4’-1’ là chu trình kín của tác nhân lạnh. Hình 2.3 : Chu trình kín của tác nhân lạnh. 2. Tính thiết kế máy sấy: Xây dựng mô hình thực nghiệm đối với sản phẩm cà rốt (CR) với các thông số: Nhiệt độ TNsấy (0C) Độ ẩm ban đầu CR(%) Độ ẩm cuối CR(%) Năng suất sấy (g) Thời gian sấy(h) Độ ẩm tương đối TNS (%) 48 u1= 89 u2= 14 6 000 10 34 Các bước tính thiết kế: 1 - Tính lượng ẩm bay hơi từ vật sấy theo năng suất đã cho. Ta có : [59 – I] m1, m2- khối lượng vật sấy trước và sau khi sấy. ω1, ω2 - độ ẩm của vật sấy trước, sau khi sấy. => m2 = m1= 6. = 0,77(kg/mẻ) Khối lượng giảm đi của vật sấy đúng bằng lượng nước đã bay hơi. ΔU = m1- m2 = 6 – 0,77 = 5,23 (kg/mẻ). - Do đó lượng ẩm bốc hơi trung bình. ΔUtb= = = 0,523(kg/h). Chọn ΔUtt = ΔUtb τ : thời gian sấy(h). - Các thông số của tác nhân sấy. Do tác nhân sấy là không khí nên các thông số ban đầu của tác nhân sấy là các thông số môi trường : + Nhiệt độ : tmt= 300C + Độ ẩm : φmt = 84% Theo công thức Antoine: Pb= exp {12-} [ X ] Pb = exp{12-} = 0,042(bar). Độ chứa ẩm của không khí : d = 0,622 = 0,023(kg/kg.kk khô) = 23 (g/kg.kk khô) P : áp suất khí trời 745 mmHg Entanpi của không khí ẩm: Im = ik + d.ih = Ck.t + d(rh + Ch.t) = t +(2500 + 1,86.t)d = 30 + (2500 + 1,86.30).0,023 = 88,78 kJ/kg.kk. - Tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy: t1 = 480C ; φ1 = 24% Tính tương tự như trên ta có : Pb1 = 0,11 (bar); d1 = 17 (g/kg.kk khô.) I1 = 92 (kJ/kg.kk ). - Tác nhân sấy sau quá trình sấy lí thuyết: Nhiệt độ tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : cấu trúc vật sấy, độ ẩm, nhiệt độ ban đầu vật sấy, nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc tác nhân sấy khi đi qua buồng sấy. Ta chọn : t2 = 370C , φ2 = 50 %. Tính tương tự : Pb2 = 0,0623(bar) d2 = 20(g/kg.kk khô) I2 = 88,7(kJ/kg.kk ) Dựa vào đồ thị I-d của quá trình sấy ta có: Tác nhân sấy sau khi qua dàn bay hơi: d3 = d1= 17(g/kg.kk khô) và độ ẩm tương đối: φ3 = 95 %.Từ đó ta tính được: t3 = 220C Tính tương tự ta có: Pb3 = 0,027(bar) I3 = 65,2(kJ/kg.kk) Trạng thái TNS Nhiệt độ TNS t (0C) áp suất bão hoà Pb (bar) Độ ẩm tương đối φ (%) Độ chứa ẩm TNS d(g/kg.kk khô) Entanpi TNS I(kJ/kg.kk) Điểm 1 48 0,11 24 17 92 Điểm 2 37 0,0623 50 20 88,7 Điểm 3 22 0,027 95 17 65,2 2- Tính lưu lượng cần thiết cho quá trình sấy. Để xác định lưu lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy, ta thiết lập phương trình cân bằng vật chất : Ta có: m1. ω1 + G1.d1 = m2. ω2 + G2.d2 [63 - I] m1. ω1 - m2. ω2 = G2.d2 - G1.d1. mà : m1. ω1 - m2. ω2 = = G2.d2 - G1.d1. Trong đó : d1, d2 : hàm ẩm của không khí vào và ra (g/kg.kk.khô). G1, G2: khối lượng không khí vào và ra (kg/h). Do hệ thống sấy tuần hoàn toàn bộ tác nhân sấy (bỏ qua tổn thất) ta có : G1 = G2 = G. = G.(d2- d1). Lượng không khí khô tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm: G’= = 0,33 (kg.kk/g ẩm) = 330 (kg.kk/kg ẩm). Lượng không khí cần cho quá trình sấy : G = G’.ΔU =330. 0,523 = 172,6 (kg/h). 3 - Tính chọn kích thước buồng sấy. Tác nhân trước và sau buồng sấy: t1 = 480C, φ1 = 24%. t2 = 370C , φ2 = 50%. Tra bảng 7.10 [718 - VIII] 1 = 1,074(kg/m3) ; 2 = 1,1105(kg/m3) 1 = 1/1= 0,931(m3/kg) 2 = 1/2= 0,9(m3/kg). Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước và sau buồng sấy: V1 = G. 1 = 172,6.0,931 = 160,7(m3/h). V2= G. 2 = 172,6.0,9 = 155,34(m3/h). Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy tại buồng sấy: V0 = == 158,02(m3/h). Lựa chọn kích thước buồng sấy : L x B x H = 800 x 500 x500 Tiết diện trống tự do tác nhân sấy đi trong buồng sấy bằng 1/4 tiết diện buồng sấy.Tốc độ tác nhân sấy trong buồng sấy : v = V/ [0,5x0,5/4] = 2528,32 (m/h) v = 0,7(m/s). Lưu lượng quạt gió cần thiết là: chọn Vq = 160 (m3/h) = 0,044(m3/s). 4 - Tính tổn thất nhiệt của hệ thống sấy. Để tính toán cho hệ thống sấy ta dựa vào phương trình cân bằng nhiệt : Tổng nhiệt lượng mang vào bằng tổng nhiệt lượng mang ra khỏi buồng sấy. G.I1 + m1.C1.t1 + = G.I2 + m2.C2.t2 + + QT. Trong đó : G.I1 : Nhiệt lượng do không khí trước buồng sấy; G.I2 : Nhiệt lượng do không khí sau buồng sấy; m1.C1.t1 : nhiệt lượng do vật sấy ẩm ban đầu mang vào; m2.C2.t2 : nhiệt lượng do sản phẩm sau khi sấy; : nhiệt lượng do khay và giá đỡ trước khi sấy; : nhiệt lượng do khay và giá đỡ sau khi sấy (=, C1’ = C2’). QT : nhiệt lượng tổn thất qua vách buồng sấy; Ta có : m1.C1.t1 = m2.C2.t2 + .Cn.t1. G.(I1 - I2 ) = m2.C2.(t2 - t1) + + QT - .Cn.t1 a - Nhiệt lượng tổn thất do vật sấy : Nhiệt dung riêng của cà rốt : Ccr = 3,72(kJ/kg.0K) [ bảng 4- I ] Qvs = m2.Ccr.(t2 – t1) = 0,77.3,72.(46 - 30) = 45,8 (kJ). Nhiệt lượng cần thiết cho vật sấy trên 1 kg ẩm: q1 = =45,8/0,523 = 87,57(kJ/kg.ẩm). b - Nhiệt lượng cần thiết cho khay và giá đỡ. Thiết kế giá đỡ và tường của buồng sấy bằng vật liệu thép không gỉ , giá đỡ có khối lượng 4(kg). Đối với vật liệu sấy dạng lát chọn khay lưới bằng thép không gỉ. kích thước lỗ lưới 5 x5. Số lượng khay là 4. Vật liệu sấy dạng bột ta dùng khay thép không gỉ với tổng khối lượng 1(kg). Nhiệt độ khay, giá sau khi sấy bằng nhiệt độ tác nhân sấy: 480C. Nhiệt dung riêng của thép không gỉ: C = 0,5 (kJ/kg.0K) [ bảng 7- I ] Qk,g = mk,g.Ck,g.(tk,gc- tk,gd) =5.0,5.(48 - 30) = 45 ( kJ). Nhiệt lượng do khay và giá trên 1 kg ẩm: qk,g = = 86 (kJ/kg ẩm). c- Nhiệt lượng tổn thất qua vách buồng sấy. QT = Q’T + QT’’. Trong đó : Q’T : nhiệt lượng tổn thất do truyền nhiệt qua bao che; QT’’ : nhiệt lượng tổn thất do cửa bị hở; Q’T = ΣKi.Δttbi Fi , kJ [69 - I] Với : Ki : hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân chảy bên trong và không khí bên ngoài qua bề mặt truyền nhiệt thứ i; Fi : diện tích bề mặt thứ i trong buồng sấy; Δttbi : hiệu nhiệt độ trung bình giữa trong và ngoài bề mặt truyền nhiệt thứ i - Chiều dày lớp cách nhiệt: Δttbi = t- tmt Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng : t= = 42,50C Do các lớp cách nhiệt phẳng và như nhau, do đó Kid = K = , [69- I] Trong đó: : Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m.K :Hệ số tỏa nhiệt bên trong buồng sấy tới vách buồng sấy, W/m2.0C :Hệ số tỏa nhiệt từ buồng sấy ra ngoài môi trường, W/m2.0C : Bề dày của lớp vỏ thứ i, m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vỏ thứ i, W/m.K Chọn hệ số trao đổi nhiệt của vách : K = 1 (W/m2.0C) Chọn vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh với hệ số dẫn nhiệt: = 0,055(W/m0C) [ Bảng 13 - IV ] Giả thiết tốc độ của tác nhân sấy chuyển động qua tiết diện tự do trong buồng là : v = 0,7 m/s. Khi đó hệ số toả nhiệt bên trong: α1 = 6,15 + 4,71.v [ V ] α1 = 6,15 + 4,71.0,7 = 9,45(W/m2.K) tm.t = t - K (t- tK) / α1 (70 - I) = 42,5 – 1,2.(42,5 - 30)/9,45 = 40,90C Hệ số toả nhiệt bên ngoài : α2 = 1,416.0,65-0,253.Δt0,249 [ VII ] = 1,416. .0,65-0,253.(40,9 - 30)0,249 = 2,86(W/m2.K). Nhiệt độ mặt ngoài : tm.n = tK + K (t- tK) / α2 [ 70 - I ] = 30 + 1,2 (42,5 - 30) /2,86 = 35,20C. - Vỏ thép dày 2 mmcó hệ số dẫn nhiệt (thép không gỉ): = 22,4(W/m.K). Chiều dày lớp bông thủy tinh bọc cách nhiệt : = 0,029(m) = 29 (mm). Chọn bông thủy tinh dạng tấm có chiều dày 30 (mm). - Tổng tổn thất nhiệt qua vách buồng. Tổng diện tích các tấm phẳng : ΣFi = 4.(0,5 .0,8) + 2.(0,5. 0,5) + 2.(0,1 + 0,2 ).1 = 2,7 ( m2) Q = (42,5 - 30).1. 2,7. 3,6 = 121,5 (kJ/h). Nhiệt lượng tổn thất do độ hở của cửa rất nhỏ (bỏ qua). Nên Q= 121,5(kJ/h) Vậy tổng lượng nhiệt tổn thất cho quá trình sấy. Q = Qvs + Qk,g + QT = 45,8 + 45 + 121,5 = 212,3(kJ/h). Σq = Q/ΔU = 212,3/0,523 = 406(kJ/kg ẩm). d – lượng nhiệt do hơi nước mang khỏi buồng sấy theo tác nhân. Qhn = .Cn.t1 = 0,523.4,18.48 = 105(kJ/h). Trong đó : Cn : nhiệt dung riêng của nước; Cn = 4,18(kJ/kg.0C). t1 : nhiệt ban đầu của cà rốt ; t1 = 48o C Lượng nhiệt do hơi nước mang khỏi buồng sấy trên 1 kg ẩm: qhn = Cn.t1 = 200,6(kJ/kg ẩm) Tổng tổn thất nhiệt = qhn - Σq = -205,4(kJ/kg ẩm). 5 - Xác định các thông số tác nhân sấy trên đồ thị I-d của qt sấy thực. Trên đồ thị I-d của không khí ta có quá trình sấy thực như sau: Hình 2.4 : Chu trình thực của tác nhân sấy. Trong quá trình sấy thực trạng thái của tác nhân trước buồng sấy coi không đổi tại trạng thái điểm 1. Trạng thái không khí khi ra khỏi buồng sấy trong quá trình sấy thực nghiệm: I= I2 + = 88,7 – 205,4/330 = 88(kJ/kg.kk). Do I= + (2500 + 1,86. ). = 36,50 C. Theo công thức Antoine ta có: Pb2’ = exp = 0,061 (bar). mà d’2 = 0,622. = 0,02 φ’2 = 51 (%). Ta có bảng: Trạng thái Nhiệt độ t2’ (0C) áp suất bh P’b2 (bar) Độ ẩm tương đối φ’2 (%) Độ chứa ẩm d’2(g/kg.kk) Entanpi I’2 (kJ/kg.kk) Điểm 2’ 36,5 0,061 51 20 88 6- Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình sấy. Nhiệt lượng tiêu hao của không khí khi đi qua dàn ngưng: QN = G.(I1 - I3) = 172,6(92 – 65,2) = 4625(kJ/h). Nhiệt lượng tiêu hao tại dàn lạnh: Q0 = G.(I’2 – I3) =172,6(88– 65,2) = 3935,3(kJ/h) Tổn thất (kJ/h). Nhiệt lượng có ích : Qi = .( i2 – Ca.td) = 0,523.(2500 + 1,86.36,5 – 4,18.30) = 1277,4(kJ/h). Hiệu suất của quá trình sấy : =Qi/QN = 1277,4/4625 = 27,6 (%) 3 Tính toán chu trình lạnh: 1- chọn tác nhân lạnh: Tác nhân lạnh là chất được nạp vào hệ thống máy lạnh để thực hiện chu trình lạnh. Những yêu cầu chủ yếu đối với tác nhân lạnh: dễ kiếm, rẻ tiền, có năng suất lạnh riêng theo khối lượng và theo thể tích lớn, không độc hại đối với con người, không làm hỏng các sản phẩm trong quá trình chế biến bảo quản và các vật liệu chế tạo máy nén * Đối với amoniac (NH3) Ưu điểm : Có năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên thích hợp với các nhà máy công suất vừa và lớn. Hoà tan trong nước. Nhược điểm : rất độc,dễ cháy, dễ nổ, ăn mòn đồng và hợp kim của đồng, trừ đồng (photpho). * Đối với Freon: là những chế phẩm của hợp chất hydro cacbon no bằng cách thay thế các nguyên tử hydro bằng nguyên tử clo hoặc flo. Ưu điểm: Không tác dụng với đồng và hợp kim đồng. Có năng suất lạnh riêng nhỏ nên phù hợp với máy lạnh có công suất vừa và nhỏ . . . Nhược điểm: Giá thành cao, hệ số toả nhiệt nhỏ. Dễ chui qua khe hở dù rất nhỏ, dễ phân tích dưới tác dụng của ngọn lửa thành CFC là nguyên nhân phá hỏng tầng Ozon của khí quyển. Không hoà tan trong nước, nếu có lẫn nước sẽ làm tắc van tiết lưu do nước đóng băng. Do hệ thống có công suất nhỏ nên chúng ta sử dụng tác nhân lạnh là Freon 22 (CHF2Cl) .Trước van tiết lưu bố trí phin, sấy lọc. 2- Các thông số của quá trình làm việc: Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 nhiệt độ sau: Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh : t0 Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN Nhiệt độ của lỏng trước van tiết lưu : t3’ Nhiệt độ hơi hút về máy nén : t1’ * Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh: Do dàn lạnh tiếp xúc trực tiếp, trao đổi nhiệt với không khí nên: t0 = tK – (7 10) 0C Do tK = t3 nên t0 = 22 – 10 = 12 0C *Nhiệt độ ngưng tụ tại dàn ngưng tN = tK + Trong đó: tK : nhiệt độ không khí sau dàn ngưng. : hiệu nhiệt độ ngưng tụ, do không khí nên = 100 C Do nhiệt độ của tác nhân sấy sau dàn ngưng là 480C nên nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN = 48 + 10 = 580C. *Nhiệt độ của tác nhân lỏng trước khi vào van tiết lưu ( Nhiệt độ quá lạnh): Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn. Để đảm bảo tác nhân lạnh khi qua van tiết lưu hoàn toàn là lỏng. Ta chọn nhiệt độ trước khi vào van tiết lưu: tql = t3’ = 550C. *Nhiệt độ của hơi tác nhân trước khi vào máy nén. Trong quá trình làm việc để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng làm hại máy nén, thì tác nhân lạnh trước khi về máy nén là hơi quá nhiệt. tqn =t0 + = t0 + (10 25)0C, Tuỳ thuộc vào loại môi chất lạnh mà nhiệt độ quá nhiệt khác nhau. Tác nhân lạnh R22 nên ta chọn = 200C tqn = t1’ = 12 + 20 = 320C. Vậy ta có: Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh : t0 = 120C Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh : tN = 580C Nhiệt độ của lỏng trước van tiết lưu : t3’ = 550C Nhiệt độ hơi hút về máy nén : t1’ = 320C Từ đồ thị P - i của R22 : [ 243 – VII ] P0(t = 12) = 7,2 (kG/cm2) ; PN(t = 58) = 24 (kG/cm2) Tỷ số nén PN/Po = 24/7,2 = 3,33 Vì tỷ số nén < 8 nên ta chọn máy nén một cấp. Căn cứ vào t0 , tN, t3’, t1’. Ta dựng chu trình kín trên đồ thị P – i của R22. Ta có : i1’ = 154 (kCal/kg) = 643,72(kJ/kg), v1’ = 0,036 (m3/kg) i2’ = 161,5 (kCal/kg) = 675,07(kJ/kg) i3’ = i4’ = 116,5 (kCal/kg) = 487(kJ/kg) 3- công suất nhiệt của dàn ngưng và dàn lạnh. Do có tổn thất nhiệt trên đường ống nên ta chọn : Công suất dàn lạnh : Q0 = 4100(kJ/h) = (kW) Năng suất lạnh riêng : q0 = i1’ – i4’ = 643,72 – 487= 156,72(kJ/kg). Lượng tác nhân lạnh tuần hoàn trong máy : G = 4100/156,72 = 26,16 (kg/h). Công nén riêng lý thuyết: Alt =i2’ – i1’ = 675,07 – 643,72 = 31,35(kJ/kg). Công suất lý thuyết của máy nén: Nlt = G. Alt= 26,16.31,35 = 820,1(kJ/h) = = 0,228(kW). Nhiệt ngưng tụ riêng : qN = i2’ - i3’ = 675,07 – 487 = 188,07(kJ/kg). Công suất ngưng tụ: QN = G. qN = 26,16.188,07 = 4920(kJ/h) = = 1,34 (kW). Hệ số lạnh lý thuyết : = = 1,14/0,228 = 5. Do hệ thống sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh nên hệ số của bơm nhiệt nóng lạnh là : =2.5 + 1 = 11 Hệ số hiệu dụng của chu trình so với hệ số lạnh Cacno. = 6,2. 4- Chọn máy nén. Thể tích hơi tác nhân mà máy nén cần phải hút: V = G.v , m3/s v : thể tích riêng của hơi trước cửa hút máy nén,v = v1’ = 0,036 (m3/kg). V = 26,16. 0,036 = 0,94 (m3/h) = 260 (cm3/s). Công suất của động cơ kéo máy nén : Nđ = , kW [ 41 - VII ] Trong đó : - hệ số hiệu dụng chỉ thị ( quá trình nén thực tế). - hệ số hiệu dụng ma sát ( hệ số hiệu dụng cơ học) - hệ số hiệu dụng của bộ truyền động từ động cơ đến máy nén. [ 240- VII ]