Thiết Kế Hệ Thống Sấy Cá Cơm Bằng Thiết Bị Sấy Buồng Năng Suất 300 Kg Mẻ

LỜI MỞ ĐẦU
Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm, dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ
ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc sấy lạnh.
Kỹ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũ
cốc, các loại hạt, nhiều thực phẩm khác và các sản phẩm thủy hải sản, làm tăng hiệu quả
kinh tế trong sản xuất. Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơi
nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấy
phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với cá người ta có thể dùng
các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy hầm, sấy buồng, sấy tủ, sấy tĩnh vỉ
ngang… Với đề tài đồ án: ”Tính toán, thiết kế máy sấy cá cơm công suất 300kg/ mẻ”, em
chọn thiết bị sấy buồng thích hợp với quy mô sản xuất nhỏ, năng suất không lớn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn
chế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Em mong nhận được ý kiến
đóng góp của thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Hữu Đông, thầy Nguyễn Công Bỉnh cùng các
thầy giáo đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành được đồ án này.

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1. Tổng quan về nguyên liệu cá cơm
I.1.1. Giới thiệu chung
Cá cơm (Stolephorus) thuộc họ cá Trổng (engraulidae) chủ yếu sống trong nước
mặn (có một số loài sống trong nước ngọt hay nước lợ), có kích thước nhỏ, là họ cá đứng
đầu về sản lượng trong ngành khai thác hiện nay trên thế giới và là đối tượng đánh bắt
quan trọng trong nghề cá nổi ven biển phân bố rộng từ Bắc đến Nam ở nước ta. Theo ước
tính của Viện nghiên cứu biển Nha Trang trữ lượng cá cơm của nước ta vào khoảng 50÷60
vạn tấn. Với nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành rẻ và thời gian thủy phân nhanh hơn so
với một số loại cá khác nên cá cơm trở thành nguyên liệu sản xuất nước mắm chính của

các hãng nước mắm nổi tiếng như Phú Quốc, Nha Trang, Phan Thiết…
Cá cơm thường sống thành từng đàn chủ yếu tập trung ở các vùng ven biển (độ sâu
dưới 100m) của biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, có một số loài phân bố rộng vào các cửa
sông. Các nơi có sản lượng cá cơm cao là: Quảng Ninh, Cửa Lò, Bình Định, Quảng Nam,
Đà Nẵng, Nha Trang, Phan Rang, Phan Thiết. Các loài chiếm ưu thế trong khai thác là: cá
cơm than-stolephorus heterolobus Ruppel ở Phú Quốc, cá cơm trổng ( hay cá cơm Ấn Độ)stolephorus indicusBleeker ở Bình Định, cá cơm đỏ-Stolephorus zollingeri Bleeker và cá
cơm săng-Stlephorus tri bleeker ở Nha Trang. Ở Việt Nam giống cá cơm có khoảng 140
loài.
I.1.2. Một số loài cá cơm phổ
biến
I.1.2.1. Cá cơm săn
Tên khoa học: Stolephorus
tri (Bleeker, 1852)
Tên tiếng Anh: Spined anchovy
Đặc điểm hình thái: Thân dài,
dẹp bên. Đầu tương đối to. Mõm ngắn.
Chiều dài thân gấp 4,8 lần chiều cao
thân và 4,6 lần chiều dài đầu. Mắt
tương đối to, không có màng mỡ mắt,
Hình 1: Cá cơm săn
khoảng cách hai mắt rộng. Trên hàm,
xương lá mía, xương khẩu cái đều có răng nhỏ. Khe mang rộng, lược mang dài và nhỏ.
Vẩy tròn, nhỏ, dễ rụng. Có một vây lưng, khởi điểm nằm ở sau khởi điểm của vây bụng,
trước khởi điểm của vây hậu môn. Thân màu trắng, bên thân có một sọc dọc màu trắng
bạc. các vây màu trắng, riêng vây đuôi màu xanh lục.
2


Phân bố: Ấn Độ, Malaixia, Inđônêxia, Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Việt
Nam.

Mùa vụ khai thác: Quanh năm.
Ngư cụ khai thác: Lưới vây, mành, lưới kéo đáy.
Kích thước khai thác: 40 - 55 mm.
Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô, làm nước mắm.
I.1.2.2. Cá cơm
thường
Tên
khoa
học: Stolephorus
commersonii (Lacepede, 1803)
Tên
tiếng
Anh: Commerson's anchovy
Đặc
điểm
hình
thái: Thân dài, dẹp bên. Đầu
tương đối to. Mõm hơi nhọn.
Chiều dài thân gấp 4,4 - 5,2 lần
chiều cao thân và 4,2 - 5,0 lần
chiều dài đầu. Mắt to, không có
màng mỡ mắt, khoảng cách hai
mắt rộng. Trên hàm, xương lá
mía, xương khẩu cái đều có răng
nhỏ. Khe mang rộng, lược
Hình 2: cá cơm thường
mang dẹp, mỏng và cứng. Vảy
tròn, to vừa, rất dễ rụng. Khởi điểm của vây lưng nằm ở sau khởi điểm của vây bụng, gần
ngang bằng với khởi điểm của vây hậu môn. Vây hậu môn to, dài. Thân màu trắng, trên
đầu có hai chấm màu xanh lục, bên thân có một sọc dọc màu trắng bạc.

Phân bố: Đông Phi, Ấn Độ, Thái lan, Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Việt Nam.
Mùa vụ khai thác: Quanh năm, tập trung vào tháng 9 - 3.
Ngư cụ khai thác: Lưới vây, mành, lưới kéo đáy
Kích thước khai thác: 50 - 70 mm.
Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô, làm nước mắm.
I.1.2.3.Cá cơm sông
Tên khoa học: Corica sorbonna (Whitehead, 1895)
Tên tiếng Anh: Ganger River Sprat

3


Đặc điểm hình thái: Thân
thon dài, khe miệng sâu, góc miệng
dài chưa đến bờ trước của ổ mắt.
Phần giữa hàm trên dẹp đứng. Hàm
dưới nhô ra. Mắt to. Viền bụng
cong và lườn bụng không sắc cạnh.
Vảy tròn trên thân dễ rụng. Vây
Hình 3: Cá cơm sông
lưng hơi trước vây bụng. Vây hậu môn thấp và có 2 vây lẻ phía sau. Cá có màu trắng bạc.
Vây lưng, vây hậu môn và vây đuôi rải rác có các chấm sắc đen li ti.
Phân bố: Thái Lan, Philipin, Malaixia, Inđônêxia, Lào, Campuchia. Ở Việt Nam
gặp nhiều ở đồng bằng Nam Bộ.
Mùa vụ khai thác: Quanh năm.
Kích thước khai thác: Nhỏ, tối đa 5cm.
Ngư cụ khai thác: Lưới, câu, vó, mành, đăng...
Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô.
I.1.2.4. Cá cơm sọc tiêu
Tên khoa học: Stolephorus

tri (Bleeker, 1852)
Tên
tiếng
Anh: Spined
anchovy
Đặc điểm hình thái: Thân hình
thon dài, hơi dẹp ngang. Mõm nhô ra
và hơi nhọn. Điểm cuối cùng của
Hình 4: Cá cơm sọc tiêu
xương hàm trên nhọn và dài đến khe
mang, eo mang kéo đến viền sau của màng mang. Lườn bụng có từ 5 - 7 vảy gai giữa vây
ngực và vây bụng, trong đó có một gai nằm giữa hai vây bụng. Thân phủ vảy tròn, dễ rụng,
không có đường bên. Thân có màu kem nhạt (khi mất vảy), một sọc ánh bạc dọc hông.
Phân bố: Thái Lan, Malaixia, Philipin, Lào, Campuchia, Inđônêxia, đồng bằng
sông Cửu Long Việt Nam
Mùa vụ khai thác: Quanh năm.
Kích thước khai thác: 9 - 10cm, tối đa 12cm.
Ngư cụ khai thác: Lưới, vó, rùng...
Dạng sản phẩm: Ăn tươi, phơi khô.

I.1.3. Thành phần hóa học cơ bản của cá cơm
4


Bảng 1: Thành phần hóa học của cá cơm thường
STT
Thành phần (%)
Cá tươi
1
Độ ẩm

74,22
2
Protein
19,5
3
Lipit
1,7
4
Khoáng
1,2
5
NH3 (mg %)
4,65
6
NTQ
3,7
7
Histamin (ppm)
3
Bảng 2: Thành phần hóc học của cá cơm săn
STT
Thành phần (%)
Cá tươi
1
Lipit
2,5
2
Carbohydrate
0
3

Tro
2,4
4
Ca (mg %)
279
5
P
246
6
Fe
1,2
7
Na (mg %)
147
8
K
447
9
Vitamin B (mg %)
0,01
10
Vitamin B2 (mg %)
0,8
11
Niacin
3,5
12
Protein
20,7
I.2. Tổng quan về kỹ thuật sấy

Nguyên liệu thủy sản nói chung và nguyên liệu cá cơm nói riêng là loại nguyên liệu
chứa nhiều nước và giàu chất dinh dưỡng do vậy rất dể bị hư hỏng trong quá trình chế biến
và bảo quản. Để kéo dài thời gian bảo quản người dân đã nghĩ ra phương pháp đơn giản là
làm khô nguyên liệu nhờ vào ánh sáng mặt trời hoặc sấy nóng bằng không khí nóng từ củi,
lò hơi.
I.2.1. Khái niệm về sấy
Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng. Sấy làm
giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức
chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kích
thước và trọng lượng của sản phẩm.
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng
phương pháp bay hơi nước. Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn biến như sau: Vật
thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất của hơi
nước trên bề mặt vật thể. Vật thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm. Vận chuyển hơi ẩm đã
thoát ra khỏi vật thể vào môi trường.
5


Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ
thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ trong vật
sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra ngoài môi trường. Các
quá trình truyền nhiệt truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có qua lại lẫn
nhau.
I.2.2. Đặc điểm quá trình sấy
Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và
tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là giai đoạn
làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Đối với các
trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các
giai đoan có thể đan xen khó phân biệt hơn.
Giai đoạn làm nóng vật: Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp

xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ướt. Trong quá
trình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt
được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng
sấy. Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của
vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ướt. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình
xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ướt
chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh.
Giai đoạn sấy tốc độ không đổi: Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt
độ kế ướt. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không
đổi nên nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt
vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ không
khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi
trường cũng không đổi. Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian
cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.
Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần: Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã
bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm
tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai
đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này
nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật
càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân
bằng với điều kiện môi trường.
I.3. Lựa chọn thiết bị sấy
I.3.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống buồng sấy

6


4
5
3

1

2

10

13

12

11

6

8
7

9

B-B

7


1

2

3

4

A-A

5

14

kk

15

Trong đó:
1 - Ống gió thải.

2 - Trần buồng sấy.

3 - Quạt gió.

4 - Calorifer.

5 - Kênh dẫn TNS vào buồng sấy.

6 - Cửa buồng sấy.

7 - Chốt gài then chèn cửa.

8 - Tường bên.

9 - Đường ray.

10 - Tường sau.

11 - Xe goòng.

12 - Nền buồng sấy.

13 - Khay sấy.
15 - Ống gió cấp.

14 - Động cơ quạt.

I.3.2. Sơ đồ nguyên lý

8


1
1

2

3
3

4
4

5

5

2

7

7

6

6

Trong đó:
1 - ống thải tác nhân sấy và hơi ẩm.
2 - khay đựng cá sấy.
3 - quạt cấp không khí vào calorifer.
4 - calorifer để gia nhiệt cho TNS không khí.
5 - kênh dẫn tác nhân sấy là khí nóng.
6 - miệng phân phối TNS.
7 - xe goòng vận chuyển cá.
I.3.3. Nguyên lý hoạt động
Cá được rải đều trên các khay sấy 2 đặt trên xe goòng 7 rồi cho vào buồng sấy.
Không khí đươc quạt 3 hút thổi vào calorifer tại đây được hơi nước nóng gia nhiệt làm cho
không khí nóng lên đến 500C thì được thổi qua kênh dẫn 5 đưa vào buồng sấy qua miệng
phân phối 6, không khí nóng đến gia nhiệt cho cá và nhận ẩm rồi vận chuyển đến ống gió
thải 1 thoát hoàn toàn ra ngoài môi trường.

9

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG SẤY
II.1. Số liệu đầu vào.
Tính toán, thiết kế hệ thống thiết bị sấy cá cơm gồm:
− Thiết bị: buồng sấy.
− Phương thức: đối lưu cưỡng bức không hồi lưu.
− Tác nhân sấy: không khí nóng.
− Vật liệu sấy: cá cơm.
− Năng suất: 300kg/mẻ.
− Độ ẩm ban đầu: 80%.
− Độ ẩm cuối: 20%.
− Thời gian sấy: 8h.
II.2. Tính cân bằng vật chất
Ta ký hiệu các đại lượng như sau:
G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg.
ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị sấy, %.
W - lượng ẩm bay hơi, kg.
Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg.
Lượng vật liệu đưa vào:

Lượng ẩm cần bốc hơi:

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
II.3. Cân bằng năng lượng
II.3.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết

10


Hình
Đồ thị

diễn
trình
lý
thuyết

5:
biểu
quá
sấy


Các
công
thức
toán
bảng
xác
định
thông
của
TNS

tính
và
tra
các
số

• Phân áp suất bão hòa hơi nước Pbh (bar): Tra bảng tính chất bão hòa hơi nước
(theo nhiệt độ).

• Độ chứa ẩm của không khí d (kg ẩm/kg kkk): d = 0,621
Trong tính toán kỹ thuật, đại lượng áp suất của hỗn hợp không khí ẩm xem như
không đổi và p = 1bar.
• Entanpi I (kJ/kg kkk): I = Ik + Ih = Cpk.t + (ro + Cph.t).d
Trong đó:
Cpk = 1,005 kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của không khí khô
Cph = 1,842 kJ/kg.độ: nhiệt dung riêng của hơi nước
r0 = 2493 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi của nước

11


 Thông số của không khí ngoài trời (A)
Ta có to = 25oC, φo = 85%. Từ đó ta xác định được:
• Phân áp suất bão hòa hơi nước Pbh0:
Pbh0 = 0,0323 (bar)
• Lượng chứa ẩm do:
d0 = 0,621.

= 0,0175 (kg ẩm/kg kkk)

• Entanpy Io:
Io = 1,005.25 + ( 2493 + 1,842.25).0,0175 = 69,558 (kJ/kg kkk)
 Thông số của không khí sau calorifer (B)
Ta có t1 = 50oC, d1 = d0 = 0,0175 (kg ẩm/kg kkk). Từ đó ta xác định được:
• Phân áp suất bão hòa hơi nước Pbh1:
Pbh1 = 0,1258 (bar)
• Độ ẩm tương đối φ1:
φ1 =

=

.100 = 21,79%

• Entanpy I1:
I1 = 1,005.50 + ( 2493 + 1,842.50).0,0175 = 95,489 (kJ/kg kkk)
 Thông số của không khí sau thiết bị sấy (C)
Quá trình sấy lý thuyết xảy ra bên trong thiết bị sấy là quá trình đẳng entanpi nên ta
có: I2 = I1 = 95,489( kJ/kg kkk)
Nhiệt độ TNS sau quá trình sấy được chọn sao cho độ ẩm tương đối không quá bé
để giảm tổn thất nhiệt do TNS mang đi và không quá gần trạng thái bão hòa tránh hiện
tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu sấy.
Vậy t2 phải thỏa mãn 2 điều kiện:
12


t2 = tu + ∆t ( ∆t = 5-10oC )
t2 > ts
Trong đó:
tu : nhiệt độ bầu ướt ứng với trạng thái không khí vào buồng sấy
ts : nhiệt độ điểm sương ứng với trạng thái không khí vào buồng sấy
Tra đồ thị I-d của không khí ẩm tại t1 = 50oC, φ1 = 21,79% ta được: tu = 27oC, ts = 20oC.
Chọn ∆t = 5oC nên ta có : t2 = tu + ∆t = 27 + 5 = 32 oC.
• Phân áp suất bão hòa hơi nước Pbh2:
Pbh2 = 0,048 bar
• Lượng chứa ẩm d2:
d2 =

=

= 0,0248 (kg ẩm/kg kkk)

• Độ ẩm tương đối φ2:
φ2 =

100 = 80%

Với φ2 = 80% thỏa mãn điều kiện mà chúng ta đặt ra ban đầu vừa tiết kiệm nhiệt
lượng do tác nhân sấy mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương.
• Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm l0:
l0 =
=
= 136,986 (kg kkk/kg ẩm)
Vậy: L0 = W.l0 = 900. 136,986 = 123287,4 (kg kkk)
Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy có t1 = 500C, ϕ1 = 21,79%
Theo phụ lục 5 ( Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – Trần Văn Phú) với thông số
này thể tích của không khí ẩm chứa 1kg không khí khô: vB = 0,969 (m3/kg kkk)
Tương tự tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết (điểm C) có t 2 = 320C, ϕ2 = 80%
ta có: vC = 0,918 (m3/kg kkk)
Do đó:
VB = L0.vB = 123287,4.0,96 = 118355,904 (m3)
VC = Lo.vco = 123287,4.0,918 = 113177,8332( m3)
13


• Lưu lượng thể tích trung bình Vo:
Vo = (VB + VCo) = .( 118355,904+113177,8332) = 115766,8686 (m3)
Với thời gian sấy t = 8h nên ta có: Vo = 4,02 (m3/s)
Trong quá trình sấy lý thuyết thì hệ thống sấy được coi là lý tưởng, tức là trong quá
trình sấy không có nhiệt tổn thất và không có nhiệt bổ sung. Như vậy lượng nhiệt do tác

nhân sấy cung cấp cho vật sấy làm ẩm bay hơi thì chính là lượng ẩm này mang một phần
lượng nhiệt trở lại tác nhân sấy.
• Nhiệt lượng tiêu hao qo:
qo = lo (I1 - I0) = 136,986 (95,986 – 69,558) = 3552,184 (kJ/kg ẩm)
Qo = qo.W = 3552,184.900 = 3196965,569 (kJ/mẻ) = 399620,6961 kJ/h
Vậy Qo = 111kW
Lo là một trong hai thông số cho phép ta chọn quạt và Q o là cơ sở ta chọn Calorifer
khi thiết kế sơ bộ hệ thống sấy.
II.3.2. Xác định kích thước thiết bị sấy

1

Hình 6: Khay sấy

2

Hình 8: Cách bố trí khay sấy trên xe goòng
1. Xe goòng
Hình 7: Xe goòng
 Kích thước xe goòng

2. Khay chứa vật liệu sấy

14


* Chọn thiết bị chuyển tải là xe goòng có kích thước:
- Chiều rộng:
BX = 1500 mm
- Chiều dài:

LX = 2000 mm
- Chiều cao :
HX = Hm + ∆Hx + ∆x =1300 + 150 + 50 = 1500 mm
Trong đó:
Hm: chiều cao chất vật liệu sấy
∆Hx: chiều cao bánh xe
∆x: khoảng cách từ bánh xe đến khung xe
Mỗi xe đặt 20 khay, mỗi khay chứa 30 kg nguyên liệu. Như vậy khối lượng vật liệu
sấy mỗi xe bằng: GX = 20.30 = 600 (kg)
* Số xe goòng cần thiết: n =
=
= 2 xe
 Kích thước buồng sấy:
Chiều rộng:
Bb = BX + 2∆B = 1500 + 2.50 = 1600 mm
∆B: khoảng cách từ xe goong đến mép bên của tường.
-

Chiều dài:

Lb = n.LX + ∆L + r = 2.2000 + 2.500 + 100 = 5100 mm

∆L: khoảng cách xe goong cách 2 đầu buồng sấy.
r: là khoảng cách giữa 2 xe goong.
-

Chiều cao:

Hb = HX + ∆H = 1500 + 50 = 1550 mm.

∆H: khoảng cách từ đỉnh xe goong đến trần buồng sấy.
 Kích thước phủ bì buồng sấy:
Ta có kết cấu tường bao, trần và và cửa buồng sấy như sau:
+ Lớp vật liệu tôn tráng kẽm mặt trong và mặt ngoài có cùng độ dày là:
0,5mm.
+ Lớp bông thủy tinh cách nhiệt ở giữa:

=

= 50mm.

- Chiều rộng phủ bì:
B = Bb + 2.(δ1 +δ2 + δ3) = 1600 + 2.(0,5 + 0,5 + 50) = 1702 mm.
- Chiều dài phủ bì:
L = Lb + 2.(δ1 +δ2 + δ3) = 5100 + 2.(0,5 + 0,5 + 50) = 5202 mm.
- Chiều cao phủ bì:
H = Hb + δ1 + δ2 + δ3 = 1550 + 0,5 + 0,5 + 50 = 1601 mm.
Diện tích xung quanh của buồng sấy:
15


Fxq = 2.(B + L).H = 2.(1,702 + 5,202).1,601 = 22,11 (m2)
Diện tích trần và nền buồng sấy:
Ftr = Fn = L.B = 1,702.5,202 = 8,85 (m2)
 Xác định khối lượng thiết bị sấy
• Khung xe goòng
Khung của xe goòng được làm từ 40 thanh chiều rộng dài 1,5 m và 30 thanh chiều
dài dài 2 m; 4 thanh chiều cao dài 1,5m, tất cả đều được làm từ thép CT3 kích thước
30x30x1,5mm. Cụ thể:
Tiết diện khung:

=
Thể tích thép làm khung:
=
Vậy khối lượng của khung xe là:

• Bánh xe
Bánh xe goong được làm từ thép CT3 có đường kính lớn 0,15 m; đường kính nhỏ là
0,13 m. Giả sử khối lượng tổng của 1 bánh xe là 2 kg; bánh xe có 2 ổ bi, mỗi ổ nặng 0,5
kg; khối lượng trục bánh xe là 0,5 kg.
Vậy khối lượng tổng phần bánh xe là:

= 100 + 4 =104 (kg)
• Khay:
Khay được làm bằng nhôm có kích thước:
- Chiều dài 2m
- Chiều rộng 1,5m
- Bề dày 1mm
- Gờ mép ngoài cao 30mm.

Khối lượng 1 khung khay:

16


• Khối lượng một xe goòng khi chưa chứa vật liệu sấy

• Khối lượng xe luôn vật liệu
II.3.3. Tính toán tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy
II.3.3.1. Tổn thất nhiệt do VLS mang đi
Tính theo công thức:

Với:
là khối lượng vật liệu sấy ra, kg.
là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kg.K.
Cvk = 3,62 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của cá khô
Ca = 4,18 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của nước
Ta có:
kJ/kg.K)
là nhiệt độ vào của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường

0

C.

là nhiệt độ ra của vật kiệu sấy, nhiệt độ ra khỏi buồng sấy của vật liệu sấy theo kinh
nghiệm lấy nhỏ hơn nhiệt độ ra của tác nhân sấy đi vào từ 5
Vậy:

=

- (5

0

C.

) = 50 – 10 = 400C.

• Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
(kJ)
• Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi tính cho 1 kg ẩm:

kJ/kg ẩm)
II.3.3.2. Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển
Qct = Qkh + Qx

17


Qkh: tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi.
Qx: tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi.
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào buồng sấy lấy bằng nhiệt độ môi
trường:
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra buồng sấy lấy bằng nhiệt độ của tác
nhân sấy:
Khối lượng của khay sấy và xe goòng lần lượt là: mxe = 100 kg, mkhay =8,373 kg.
Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe (thép CT3) và khay (nhôm) lần lượt là:
Cx = 0,5 kJ/kg.K
Ckh = 0,86 kJ/kg.K
• Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi
Với nx = 2 xe ta có:
Qx = nx.Gx.Cx.(

) = 2.100.0,5.(50-25) = 2500 (kJ)

• Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi
Với nkh = 20.2=40 khay ta có:
Qkh = nkh.Gkh.Ckh.(

) = 40.8,373.0,86.(50-25) = 7200,78 (kJ)
(kJ)
10,78 (kJ/kg ẩm)

II.3.3.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường
 Giả thuyết về tốc độ TNS
Để tính được tổn thất nhiệt ra môi trường ta phải giả thuyết tốc độ TNS trong
buồng. Khi kết cấu buồng được xác định và chiều dài xe bằng chiều dài khay và chiều cao
khay lấy bằng 30mm thì ta có thể tính được tiết diện tự do của buồng sấy bằng:

18


Do đó tốc độ sấy tối thiểu sẽ bằng lưu lượng thể tích trong quá trình sấy lý thuyết
V0 chia cho tiết diện tự do
:
m/s)
Vì lưu lượng trong quá trình sấy thực phải lớn hơn trong quá trình sấy lý thuyết nên
tốc độ TNS giả thiết để tính toán cũng phải lớn hơn w o. Ta chọn w = 2,7 (m/s), chúng ta sẽ
kiểm tra lại giả thuyết này sau khi tính được lưu lượng thể tích thực tế.
Các dữ liệu dòng nhiệt truyền qua hai bên tường buồng sấy:
+ Nhiệt độ thể nóng

trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của TNS:

+ Nhiệt độ thể lạnh là nhiệt độ môi trường

.

Mật độ dòng nhiệt q (W/m 2) truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt có
thể tính bằng một trong các công thức sâu đây:
q

=

k.

=

k.(

=

, [W/m2]
Chúng ta xem TNS chuyển động cưỡng bức với tốc độ 2,7 m/s và không khí ngoài
đối lưu tự nhiên chảy rối.
Ta tính 1 theo công thức:
W/m2.K.
Ta có các phương trình nhiệt sau:
• Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS và mặt trong của tường q 1
bằng:

• Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt q2:

19


• Mật độ dòng nhiệt do đối lưu tự nhiên từ mặt ngoài của tường với không khí
xung quanh bằng:
0,333

Từ giả thuyết truyền nhiệt là ổn định ta có q1 = q2, vậy tw2 sẽ được tính:

Kết cấu tường bao, trần và cửa buồng sấy như sau:
+ Lớp vật liệu tôn tráng kẽm mặt trong và mặt ngoài có cùng độ dày là:
0,0005m,

=

= 45,5 W/m.K;

+ Lớp bông thủy tinh cách nhiệt ở giữa:
W/m.K.

= 0,05 m,

= 0,05

=
=

Vậy:

=

.1

Bằng phép tính lặp, ta có thể giả thiết trước nhiệt độ tường phía nóng
và tính
được mật độ dòng nhiệt truyền từ TNS vào vách q 1. Từ dòng nhiệt này và từ
ta có thể
tính được nhiệt độ mặt ngoài của vách
. Từ nhiệt độ

và nhiệt độ môi trường tf2 ta
tính được nhiệt lượng q3 do truyền nhiệt đối lưu tự nhiên giữa vách ngoài của buồng sấy và
môi trường. Sau đó so sánh kết quả q1 với q3, sai lệch không quá 5% thì xem kết quả tính
toán là chấp nhận được với điều kiện tw1>tw2.
Bảng 3: Tính toán tìm mật độ dòng nhiệt cho từng giá trị tương ứng của tw1

20


tw1(0C)

q1(W/m2

tw2(0C)

q3(w/m2)

25,352
26,273
27,193
28,114
29,034
29,955

0,426
2,366
4,885
7,796
11,008
14,48

)
40,15
40,20
40,25
40,30
40,35
40,40

14,798
13,927
13,057
12,186
11,316
10,445

Theo bảng trên ta có thể chọn nhiệt độ 2 vách của hệ thống sấy: t w1 = 40,35oC và tw2
= 29,034oC. Hệ số trao đổi nhiệt 1 = 17,409 W/m2.K , 2 = 1,591 W/m2.K.
Kiểm tra kết quả tính toán bằng cách tính sai số như sau:
= 0,0272= 2,72 % < 5%
Với sai số này thỏa mãn điều kiện nên kết quả tính toán trên hoàn toàn có thể chấp
nhận được.
 Tổn thất nhiệt qua tường và cửa
Ta

có:

(W/m2.K)
= 6041,655
kJ/mẻ

kJ/kg ẩm)
21


 Tổn thất nhiệt qua trần
Theo giáo trình truyền nhiệt thì bề mặt nóng quay lên như trần buồng sấy thì hệ số
trao đổi nhiệt đối lưu 2tr = 1,32 = 1,3.1,591= 2,0683 W/m2.K.
Như vậy hệ số truyền nhiệt tính cho trần bằng:

W/m2.K
Do đó:

=
2646,672 kJ/mẻ
kJ/kg ẩm)
 Tổn thất nhiệt qua nền
Với nhiệt độ trung bình của TNS là 41 0C, giả sử tường buồng sấy cách tường bao
che phân xưởng là 1m theo sách Thiết kế hệ thống sấy (Trần Văn Phú) ta có: q = 35,65
W/m2.
Do đó tổn thất qua nền:
= 9086,472 kJ/mẻ
kJ/kg ẩm
Như vậy tổng tổn thất qua kết cấu bao che ra môi trường là:
kJ/kg ẩm.
Tổng tổn thất :
(kJ/kg
ẩm)
II.3.5. Tính toán quá trình sấy thực

22

Hình 9: Các quá trình sấy thực trên đồ thị I-d

• Lượng chứa ẩm:
Trong đó:
K

kkk
• Entanpi sau quá trình sấy thực:

23


kkk
• Độ ẩm tương đối thực tế:
φ2 =
• Tiêu hao không khí thực tế:
kg kkk/kg ẩm)
• Lượng không khí cần để bốc hơi W = 900 kg ẩm:
L = l.W = 133,333.900 = 120000 (kg)
• Tiêu hao nhiệt thực tế:
q = l.(I1 – I0) = 133,333.(95,489 – 69,558) = 3457,458 (kJ/kg ẩm)
• Nhiệt lượng có ích q1:
ẩm
• Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q2:
ẩm
• Tổng lượng nhiệt có ích và các tổn thất:

ẩm

• Sai số tuyệt đối:
ẩm
• Sai số tương đối:
Bảng 4: Cân bằng nhiệt
24


STT

Đại lượng

Ký hiệu

kJ/kg ẩm

%

1

Nhiệt lượng có ích

q1

2447,444

70,79

2

Tổn thất nhiệt do TNS

q2

968,051

27,999

3

Tổn thất nhiệt do VLS

qv

18,66

0,539

4

Tổn thất nhiệt do TBCT

qct

10,78

0,311

5

Tổn thất ra môi trường

qmt

19,723

0,570

6

Tổng lượng nhiệt tính toán

q'

3464,658

100

7

Tổng lượng nhiệt tiêu hao

Q

3457,458

100

8

ɛ

Sai số tương đối
Từ bảng cân bằng nhiệt ta có mấy nhận xét:
-

0,21

Hiệu suất nhiệt của TBS:
Trong tất cả các tổn thất thì tổn thất do TNS mang đi là lớn nhất, tiếp theo đó là
tổn thất ra môi trường. Tổn thất do VLS và TBCT là rất bé và coi như không
đáng kể.

Bây giờ ta sẽ kiểm tra giả thuyết về tốc độ TNS trong buồng sấy:
Thể tích TNS sau khi ra khỏi buồng sấy: với thông số
và
, tra
phụ lục 5 sách “Tính toán và thiết kế hệ thống sấy” thầy Trần Văn Phú, thì giá trị
kkk.
Do đó lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy VC bằng:

Thể tích TNS trước khi vào hầm sấy. Ta có

vB = 0,969 (m3/kg kkk)

Lưu lượng thể tích trung bình TNS đi trong hầm sấy V bằng:
=14152,5 m3/h
Hay

25