Đồ án thiết bị: thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy khoai tây năng suất 120kg/h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: VÕ DUY KHÁNH
Lớp: CNTP 47
Ngành: Công nghệ thực phẩm
1. Tên đề tài:
“Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai tây cắt lát với năng suất 120
kg sản phẩm/h ”
2. Các số liệu ban đầu
- Vật liệu: Khoai tây cắt lát
- Độ ẩm vật liệu vào
: W1 = 85%
- Độ ẩm vật liệu ra
: W2 = 7%
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t1 = 75°C
- Nhiệt độ tác nhân sấy ra
: Theo tính toán
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Nhiệm vụ thiết kế
- Mục lục
- Lời mở đầu
- Chương 1. Tổng quan
- Chương 2. Cân bằng vật liệu
- Chương 3. Cân bằng nhiệt lượng và tính toán thiết bị chính
- Chương 4. Tính toán thiết bị phụ
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
4. Bản vẽ
- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị. Khổ A3 đính kèm trong bản thuyết minh.

- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị. Khổ A1
5. Ngày giao nhiệm vụ
: 26/01/2016
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: / /
7. Ngày bảo vệ
: / /
Thông qua bộ môn
Ngày tháng năm 2016
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)


ThS. Đoàn Thị Thanh
Thảo


LỜI MỞ ĐẦU
Lương thực là vấn đề quan trọng đối với con người cũng như là đối với mỗi
quốc gia. Vì vậy mà việc bảo quản lương thực tốt là nhiệm vụ cấp bách và xuyên
suốt trong quá trình phát triển của một đất nước. Để bảo quản được an toàn lương
thực, thực phẩm thì chỉ có cách là ướp lạnh hoặc sấy khô vật liệu rồi sau đó bảo
quản ở nhiệt độ thích hợp. Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm
công chuyên chở ,độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nâng cao, thời gian
bảo quản kéo dài...
Trong nông nghiệp, sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của hạt đến mức an toàn
để tồn trữ. Sấy là một hoạt động sau thu hoạch quan trọng nhất trong chuỗi hoạt
động sau thu hoạch. Nếu hoạt động sấy bị chậm trễ hoặc sấy không hoàn toàn,

chưa đạt đến thủy phần an toàn cho bảo quản, lúa sẽ bị giảm chất lượng và dẫn đến
mất mát sau thu hoạch.
Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm, do đó việc nghiên cứu công nghệ
sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt. Kết
hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu những công nghệ sấy và các
thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm, nông sản phù hợp với điều kiện khí
hậu và thực tiễn nước ta. Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chất lượng cao phục
vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước. Ở đây khoai tây cũng là cây lương thực
có tầm quan trọng lớn nên việc sấy nó để tạo ra những sản phẩm vừa đạt giá trị
dinh dưỡng, giá trị vệ sinh và cả giá trị cảm quan có ý nghĩa rất lớn.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế cũng như làm quen với việc tính toán,
phác thảo và thiết kế ra một hệ thống sấy để chế biến thực phẩm, em được phân
công đồ án với nhiệm vụ: “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai
tây cắt lát với năng suất 120 kg sản phẩm/h ”.


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1

Giới thiệu về nguyên liệu

1.1.1 Vài nét khoai tây
Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Chúng
là loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về
mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô.
Ở Việt Nam, khoai tây là một loại cây trồng mới nhập từ châu Âu, do người
pháp đưa vào năm 1890 và chỉ mới thật sự phát triển rộng rãi trong gần 30 năm trở
lại đây. Ngày nay khoai tây được trồng rộng rãi trong vụ đông ở các tỉnh phía bắc,
khoai tây cũng được trồng ở các vùng núi cao phía bắc và vùng núi cao tỉnh Lâm
Đồng. Các giống khoai tây tốt thường dùng ở nước ta như: Solara (nhập từ Đức),

Sinora (nhập từ Hà Lan), Diamant (nhập từ Hà Lan), Alantic (nhập từ Úc), ngoài ra
còn có giống Thường tín cũng rất được ưa chuộng [10].
Trong nước, khoai tây có thời gian sinh trưởng ngắn, từ 80 - 100 ngày, nhưng
có khả năng cho năng suất từ 15 - 30 tấn củ/ha với giá trị dinh dưỡng cao. Trong
quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu tiêu thụ khoai tây của thị trường nói
chung, đặc biệt là các đô thị, khu công nghiệp và khu du lịch, sẽ ngày càng tăng.
Việt Nam có khả năng phát triển mạnh khoai tây, nhất là ở vùng đồng bằng
Bắc Bộ, miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Ước tính, ít nhất có
vào khoảng 200.000 ha đất có thể trồng được khoai tây.


1.1.2. Thành phần hóa học
Khoai tây có chứa các vitamin, khoáng chất và một loạt các hóa chất thực vật
như các carotenoit và phenol tự nhiên. Axít chlorogenic cấu thành đến 90% của
phenol trong khoai tây. Khoai tây chứa khoảng 26g cacbohydrat trong một củ trung
bình. Các hình thức chủ yếu của cacbonhydrat này là tinh bột.
Bảng 1. Thành phần hóa học trung bình của khoai tây (%) [10].
Thành phần

%

Nước
Chất khô
Tinh bột
Nitrogen
Chất xơ
Tro
Lipid
Các chất khác

75
25
18,5
2,1
1,1
0,9
0,2
2,2

Cũng cần lưu ý là trong tất cả các bộ phận củ cây đều có chất solanin là một
glucosid độc, với liều lượng 0,2 - 0,4g/kg thể trọng có thể gây chết người. Chất này
đặc biệt có nhiều trong phần xanh của cây, nếu củ mọc mầm xanh thì các mầm này
rất độc. Cánh hoa trắng tươi chứa 0,2% rutin. Vì vậy việc bảo quản tươi rất khó
khăn do đó phải sơ chế thành dạng nguyên liệu có thể giữ lâu ngày được. Khoai tây
thường được sơ chế thành dạng lát rồi đem sấy khô.


1.1.3. Bảo quản – sản phẩm khoai tây
1.1.3.1. Bảo quản
Trong thành phần có khá nhiều nước nên khoai tây thuộc loại khó bảo quản
tươi, vì vậy để bảo quản tươi ít tổn hao trong một thời gian nhất định cần tạo điều
kiện thích hợp với sinh lý của khoai.
Khi thu nhận khoai trước hết phải kiểm tra kích thước củ, hiện tượng nhiễm
bệnh, lượng củ dập nát. Sau đó lấy mẫu trung bình phân tích các chỉ số: độ tạp
chất, hàm lượng tinh bột, tỷ lệ củ nhỏ, củ màu xanh, củ nhiễm bệnh và củ không
hoàn thiện. Từ kết quả phân tích quyết định bảo quản lâu dài, bảo quản ngắn ngày
hay cần chế biến ngay [11].
Trong củ khoai có cả một hệ enzyme phức tạp vì vậy trong bảo quản cần đáp
ứng điều kiện phù hợp với quá trình sinh hóa của củ ở những giai đoạn khác nhau.
Điều kiện bảo quản củ tươi: nếu điều kiện bảo quản thích hợp, củ tươi có thể giữ

được chất lượng và ít hao hụt trong một thời gian tương đối dài. Trong đó điều
kiện chủ yếu là nhiệt độ, độ ẩm, thành phần không khí và nhà kho.
Các phương pháp bảo quản khoai tây:
Ở các nước phát triển các biện pháp hiện đại được áp dụng để bảo quản khoai tây:
bảo quản bằng chiếu xạ, bảo quản lạnh hay bảo quản bằng hóa chất… làm giảm
hao hụt xuống dưới 5%.
Ở Việt Nam, biện pháp phổ biến hiện nay là bảo quản lạnh, để giàn, vùi trong tro,
trong cát, xử lý hóa chất (thuốc chống mọc mầm, diệt nấm, chất điều hòa sinh
trưởng)… Dùng các loại thuốc kích thích, xử lý trước và sau khi thu hoạch, kết hợp
với khống chế nhiệt độ, độ ẩm và môi trường để bảo quản khoai tây ở quy mô vừa
hoặc hộ gia đình, đơn giản rẻ tiền và dễ thực hiện lại cho hiệu quả cao.


•

•

1.1.3.2. Một số sản phẩm chế biến từ khoai tây
•

•

Tinh bột khoai tây: khoai tây là một trong những nguyên liệu thích hợp nhất và
kinh tế trong sản xuất tinh bột vì nó đáp ứng các yêu cầu quy trình công nghệ,
thành phẩm có chất lượng cao. Tinh bột khoai tây có chất lượng cao, có màu sáng
trắng, mịn, mùi thơm dễ chịu.
Khoai tây khô: khoai tây khô có nhiều hình dáng phục vụ cho các mục đích chế
biến khác nhau: lát mỏng để chế biến thành chíp khoai tây chiên, hạt lựu, con chì
dùng trong các món nấu hoặc hầm, dạng sợi được chế biến trong các món xào hoặc
nộm.

•

Snack khoai tây: chính là hình thức chế biến khoai tây cắt lát. Chất lượng của sản
phẩm dựa vào trọng lượng của khoai tây, độ ẩm, lượng peroxide trong sản phẩm
hay lượng acid béo trong dầu sử dụng, lượng muối và chất phụ gia, MVTR (lượng
ẩm thoát ra ngoài khi đã đóng gói) của bao bì. Phải kiểm tra thống kê được hàm
ẩm, hàm lượng dầu, lượng muối, màu sắc và hương vị của sản phẩm. Sản phẩm đạt
tiêu chuẩn khi thời hạn sử dụng lên đến 10 tuần dựa theo nhiệt độ bảo quản, chất
liệu bao bì, thông tin này luôn được in ấn trên nhãn bao bì. Các sản phẩm giòn từ
khoai tây như snack không được chấp nhận khi hàm lượng ẩm của chúng vượt quá
3% [12].
1.1.
Khái niệm chung về quá trình sấy
1.1.1. Khái niệm
Sấy là quá trình nhằm loại bỏ nước hoặc bất kì các tạp chất dễ bay hơi nào
khác chứa trong cơ thế của vật liệu khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng
hoa. Với mục đích làm cho vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm
công chuyên chở, tăng độ bền vật liệu, chất lượng sản phẩm cũng được nâng cao,
thời gian bảo quản kéo dài…
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng làm bay hơi nước trong vật liệu. Quá trình
này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng
mặt trời, năng lượng gió,… phương pháp đơn giản rẻ tiền nhưng khó điều chỉnh
vận tốc theo yêu cầu kĩ thuật, năng suất thấp,… Vì vậy trong các ngành công
nghiệp thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con
người tạo ra).

1.1.2.

Nguyên lý của quá trình sấy
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp nhiệt lượng để biến đổi trạng thái
pha lỏng trong nguyên liệu thành pha hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4
quá trình sau:
•
•
•
•

Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu
Dẫn nhiệt từ bề mặt vào vật liệu
Dòng ẩm di chuyển từ bên trong vật liệu ra ngoài
Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách ra đi vào môi trường xung quanh.

Đây là 1 quá trình nối tiếp, động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở
trong long vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha
này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của
hơi nước trong môi trường không khí xung quanh.


Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra
làm ba nhóm chính: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ.
Chọn phương thức sấy và thiết bị sấy
Thiết bị sấy
1.2.
1.2.1.

Sấy băng tải là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích
hợp cho việc sấy nông sản, rau quả… Nên sẽ được chọn để sấy khoai tây cắt lát
như một phương thức hiệu quả. Máy sấy băng tải là máy sấy đa năng nhất được sử

dụng để sấy nhiều loại nguyên liệu với kích cỡ, cấu tạo và hình dạng khác nhau.
Nhìn chung nó thích hợp với vật liệu dạng hạt tròn và lát mỏng, không thích hợp
với nguyên liệu dạng huyền phù, dạng màng…
Ưu điểm của hệ thống sấy băng tải:
Nguyên liệu được đảo trộn và sắp xếp lại nên tăng diện tích sấy.
Phù hợp với nhiều loại vật liệu sấy.
Hoạt động liên tục
Có thể sấy cùng chiều, ngược chiều hoặc chéo dòng.
Năng suất sấy tương đối cao.
Phương thức sấy

•
•
•
•
•

1.2.2.

Tác nhân cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò. Quá trình
sấy khoai tây cắt lát đảm bảo tính vệ sinh cao cho sản phẩm vì thế tác nhân sấy nên
chọn là không khí, được làm nóng bởi cloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí
trong cloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa.
Phương thức sấy được sử dụng là sấy ngược chiều, tức vật liệu và tác nhân
sấy đi ngược chiều với nhau. Ưu điểm phương pháp này là khá đơn giản, rẻ tiền,
tác nhân sấy ban đầu có nhiệt độ tương đối thấp (75 oC) nên không khí đi chùng
chiều sẽ đạt được độ ẩm cuối (7%), tốc độ sấy ban đầu cao, sản phẩm ít bị biến
tính, ít bị co ngót, giảm hư hỏng.

1.3.
1.3.1.

Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải
Sơ đồ hệ thống sấy băng tải

Chú thích:
12345-

Quạt đẩy
Caloriphe
Phòng sấy
Cyclon
Quạt hút

1.3.2. Thuyết minh
Không khí ban đầu được quạt (1) đưa vào clorife (2), ở đây không khí nhận
nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hòa qua thành ống trao đổi nhiệt. Hơi nước đi trong
ống, không khí đi ngoài ống. Tại cloriphe, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiết
không khí nóng đi vào phòng sấy (3) tại IV. Vật liệu sấy chứa trong phễu chứa
nguyên liệu, đưa vào phòng sấy tại I, giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng.
Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn
rộng rãi. Vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới
chuyển động theo chiều ngược lại, cuối cùng vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III.


Không khí nóng đi ngược chiều với chiều chuyển động của băng. Do đó, lượng
không khí nóng và khoai tây tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm được tách
ra triệt để hơn. Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại II có lẫn bụi và các tạp chất
khác được thu hồi ở xyclon (4), không khí sau khi làm sạch được đưa qua quạt (5)

đẩy ra ngoài.


Chương 2. CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Các số liệu ban đầu
- Vật liệu: khoai tây cắt lát.
- Năng suất tính theo sản phẩm

: G2 = 120 kg/h

- Độ ẩm vật liệu vào

: W1 = 85% (80)

- Độ ẩm vật liệu ra

: W2 = 7%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào

: t1 = 75°C

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra

: Theo tính toán

- Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị ở Huế nên ta chọn nhiệt độ là:
t0 = 250C, độ ẩm tương đối: = 81%.
- Áp suất khí quyển: Pkq = P = 1,033 at.
2.2. Xử lý số liệu

Các kí hiệu sử dụng:
G1: Lượng vật liệu trước khi vào máy sấy (Kg/h)
G2: Lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy (Kg/h)
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (Kg/h)
W1: Độ ẩm vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
W2: Độ ẩm vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt.
W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (Kg/h)
L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (Kg/h)
Xo : Hàm ẩm của không khí trước khi vào cloriphe sưởi (Kg/kgkkk)
X1 ,X2 : Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi qua cloriphe
sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy (Kg/kgkkk).
Từ bảng I.250/ STQTTB I/ Trang 312:
t1 = 750C => P1bh = 0,0393 at
t2 = 400C => P2bh = 0,0752 at
t0 = 250C => P0bh = 0,0323 at


Hàm ẩm của không khí:

-

0,622 * ϕ 0 * Pbh0
P − ϕ 0 . * Pbh0

x0 =

(CT VII.11/ 95 – [2])

Thay số vào ta có:
0, 622

Xo =

x0 =
-

0,81*0, 0323
1, 033 − 0,81*0, 0323

0, 622* φ0 * Pbh 2
P − φ0 .* Pbh 2

= 0,0162 (kg/kgkkk)

= 0,0162 (kg/kgkkk)

Nhiệt dung riêng của không khí trước khi vào clorife

I0 = Ckkk * t0 + x0 * ih = Ckkk * t0 + (r0 + Ch * t0)x0

(CT 2.18/ 15 – [5])

Ckkk : nhiệt dung riêng của không khí (J/kg.độ)
Ckkk = 103 (J/kg.độ)
Ch : nhiệt dung riêng của hơi nước ở nhiệt độ t0 (J/kg)
Ih = Ch * T0 + r0 = (2493 + 1,97*t0 )*103 (J/kg)
Trong đó r0 =2493 * 103 : nhiệt dung riêng của hơi nước ở 0oC
Ch = 1,97* 103 : nhiệt dung riêng của hơi nước (J/kg.độ)


I0 = 25*103+(2493+1,97*25)103*0,0162 = 66,184*103 (J/kgkkk)
= 66,184 *103 (J/kgkkk) = 66,184 (kj/kgkkk)
Trạng thái không khí sau khi ra khỏi clorife T1 = 75oC => P1bh = 0,0393 at
Khi đi qua clorife không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không thay đổi.
Do đó x1 = x0 nên ta có:
x1 * pkq
1

=

(0.622 + x1 )* P1bh

=

0, 0162*1, 033
(0, 622 + 0, 0162) *0,393

(CT VII.11 / 95 – [2])

= 0,067 = 6,6%


Nhiệt dung riêng của không khí sau khi đi khỏi clorife:

-

I1 = (103 + 1,97*103 * x1 ) t1 + 2493*103 * x1
= (103 +1,97*103 *0,0162)*75 + 2493*103 * 0,01616 = 117,78*103 (J/kgkkk) hay
117,78 (kJ/kgkkk)
Trang thái không khí sau khi ra khỏi phòng sấy:

T2 = 40oC, P2bh = 0,0752 at.
Nếu sấy lý thuyết I1 = I2 = 117,78 (KJ/kgkkk)
I2 = Ckkk *T2 + x2 * ih
Từ đó hàm ẩm của không khí: 103
-

117, 674*103 − 40*103
2493*103 + 1,97 *103 * 40

X2=

I 2 − Ckkk * T2
Ih

=

I 2 − Ckkk * T2
r0 + Ch * T2

x2 * pkq

=

(0.622 + x2 ) * P2bh


=

=

117, 674*103 − 40*103
2493*103 + 1,97 *103 * 40

0, 03*1, 033
(0, 622 + 0, 03) *0, 0752

=0,03 (kg/kgkkk)

= 0,632 = 63,2%

Kiểm tra nhiệt độ t2:

T2 = 400C nên P2bh = 0,0752at, x2 = 0,03 và Pkq = 1,033at
Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ điểm sương:

X2 =

0, 622*φ0 * Pbh 2
P − φ0 .* Pbh 2

Suy ra Pbhts =

0, 03*1, 033
= 0, 04753
0, 622 + 0, 03

0

∆t

Từ bảng I.250/312 – [1] ta tính được t s = 31,5 C. = 40 – 31,5 = 8,50C, với mức
chênh lệch không cao như vậy ta có thể chấp nhận nhiệt độ t2 đã chọn.
2.3. Cân bằng vật liệu
2.3.1. Cân bằng vật liệu cho vật liệu 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.
G1 : lượng vật liệu trước khi sấy
G2 : lượng vật liệu sau khi sấy (G2 = 120 kg/h)


Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối
-

Lượng vật liệu khô tuyệt đói Gk

Gk = G1

100 − W1
100

= G2

100 − W2
100

(CT 7.17/ 203 – [9])

Trong đó: W2 = 7%, G2 = 120 kg/h
100 − 7
100

85 − 7
100 − 85



Gk =120 *

-

Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy: W

W = G2

W1 − W2
100 − W1

= 120 *
-

= 111,6 (kg/h)

W1

85 − 7
100 − 85

(CT 7.20/204 – [9])

= 624 (kg/h)

Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy:

G1 = G2 + W = 120 + 624 = 744 (kg/h)


Bảng tổng kết:
Đại lượng

Giá trị

Đơn vị

G1

744

Kg/h

G2

120

Kg/h

Gk

111,6

Kg/h

W1

85

%

W2

7

%

W

624

Kg/h

2.3.2. Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy
Cũng như vật liệu khô, coi không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy không bị
mất mát trong suốt quá trình sấy. Khi qua quá trình sấy làm việc ổn định lượng
không khí đi vào máy sấy mang theo lượng ẩm là Lx1.


Sau khi sấy xong lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có
thêm lượng ẩm là W
Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là L.x 2 thì có phương trình
cân bằng: L*x1 + W = L*x2
(CT 7.23/ 204 – [9] )

L1 =

W
x 2 − x1

=

W
x 2 − x0

=

624
=
0,03 − 0, 0162

45217,39 (kg/h ). (CT 7.24/ 204 – [9])

L: là lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu. ta lại
0

0

có t =25 C, ứng với

l =

l=



ρ0

=1,185 kg/m3

(bảng I.255/318-[1])

Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là:

-



ϕ

L
W

1
x 2 − x1

=

(kg/kg ẩm).

1
1
=
=

x 2 − x1 0,03 − 0, 0162


(CT VII.20/102 – [2])

72,46 ( kg/kg ẩm)

Bảng tổng kết:
ϕ

Tác nhân sấy

toC

x (kg/kgkkk)

Trước khi vào
calorife

25

0,0162

81

66,184

Sau khi ra khỏi
calorife

75

0,0162

6,6

117,78

Sau khi ra khỏi
thiết bị sấy

40

0,03

63,2

117,78

(%)

I (kJ/kgkkk)


Chương 3. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH TOÁN
THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Tính toán thiết bị chính
3.1.1 Thể tích không khí
a. Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy:

v1=

R * T1
P − ϕ1 * P1bh

(m3/kgkkk)

(CT 16.7/ 157 – [2])

Với: T1 = 75+273 = 3480k
R: hằng số đối khí, R= 287(J/kg0k)
P = 1,033(at)
P1bh = 0,393(at)
ϕ
1

= 0,067

Thay số vào:

v1 =

287 *348
(1, 033 − 0, 067 * 0,393) *9,81*10 4

= 1,011 (m3/kgkkk)

b. Thể tích không khí vào phòng sấy:
V1 = L*v1 =45217,39 *1,011 = 45714,78 (m3/h)
c. Thể tích riêng của không khí ra khỏi phòng sấy:

v2=

R * T2
P − ϕ 2 * P2bh

(CT 16-7/ 157 – [2])

T2=40+273=3130K
ϕ2

=0,632

P2bh=0,0752 at

Thay số vào: v2=

287 *313
(1, 033 − 0, 632*0, 0752) *9,81*10 4

=0,929 (m3/kgkkk)


d. Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy:
V2=L*v2=45217,39*0,929=42006,96 (m3/h)
e. Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

Vtb=

V1 + V2

2

=

45714, 78 + 42006,96
2

=43860,87 (m3/h)

3.1.2 Chọn kích thước băng tải
Gọi Br: Chiều rộng lớp băng tải (m)
h: Chiều dày lớp khoai tây (m), lấy h=0,03(m)
ω: Vận tốc băng tải, chọn ω=0,35 m/phút
ρ

: Khối lượng riêng của khoai tây,

=1034kg/m3

Năng suất của quá trình sấy:

-

G1=Br*h*ω*

 B r=
-

ρ

ρ

(kg/m3)

G1
h * ρ * ω *60

=

744
0, 03*1034*0,35*60

=1,14 (m)

Chiều rộng thực tế của băng tải:

Btt=
δ

Br
δ

δ

( : hiệu số hiệu chỉnh)

=0,9  Btt=1,27 (m)

Gọi Lb:chiều dài băng tải (m)
ls:chiều dài phụ thêm, ls=1,05 (m)

T: Thời gian sấy, chọn T=0,58h



Lb =

G1 * T
Btt * h * ρ

=

+ ls

744 *0,58
1, 27 * 0, 03*1034

(CT V.48/ 121 – [2])

+1,2= 12 (m)


Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn, số băng tải ta chọn là i = 2



Chiều dài mỗi băng tải Lb=

12
2

=6 (m)

Đường kính băng tải d=0,3 (m)
3.1.3. Chọn vật liệu làm phòng sấy
•
•
•
•
-

Phòng sấy được xây bằng gạch
Bề dày tường 0,22m:
Chiều dày viên gạch: 0,2m
Hai lớp vữa hai bên: 0,02m
Trần được làm bằng bê tông cốt thép:
Chiều dày: 0,2m
Lớp cách nhiệt: 0,15m
Chiều dài làm việc của phòng sấy: Lp=Lb+2Lbs

(CT 9.8/ 191 – [6])

Với Lbs là khoảng cách giữa băng tải đến tường, chọn Lbs = 0,5m
Lp=6 + 2*0,5= 7 (m)
Chiều cao làm việc của phòng:
Hp=i*dbăng+(i-1)d+2dbs

-

d, dbslà khoảng cách giữa các băng tải, và khoảng cách giữa băng tải đến trần.
dbăng = 0,3(m) là đường kính của tang quay băng tải.

Hp=2*0,3+0,3+2*0,4=1,7(m)
- Chiều rộng làm việc của phòng:
Bp=Btt+2Bbs
Bbs là khoảng cách giữa băng tải đến tường, chọn Bbs=0,35m


Bp= 1,27+2*0,35=1,97(m)
Nên ta tính được:
•

Chiều dài của cả phòng kể cả tường:
Lph= 7+ 2*( 0,02+0,2 ) = 7,44 m

•

Chiều rộng của phòng kể cả tường:
Bph = 1,97 + 2*( 0,02+0,2 ) = 2,41m

•

Chiều cao của phòng kể cả trần:
Hph=1,7 + 0,15 + 0,2 =2,05m


3.1.4. Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không
khí trong phòng sấy
a. Vận tốc không khí trong phòng sấy:

ωkk =

=

Vtb
Hp * Bp

(CT trang 198 – [6])

43860, 87
1, 7 *1, 97 * 3600

=3,64 (m/s)

b. Chế độ chuyển động của không khí:

Re =

ωkk * ltđ
γ

(CT II.4/ 359 – [2])

Re: là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng
ltđ: Đường kính tương đương
2* H p * B p

ltđ =

H p + Bp

= 2*1, 7 *1,97

1, 7 + 1,97

=1,83m

(CT trang 164 – [4])

Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy:

Ttb=
-

75 + 40
2

= 57,5oC

Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng I.255/ 318 – [1]

Với λ=0,028825 w/mđộ
γ =18,715*10-6 m2/s

Re=

3, 64 *1,83
18, 715*10−6

= 355928,3997

Vậy Re =355928,3997 > 104
là chuyển động xoáy.

⇒

chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

3.1.5. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh


∆ tb =

∆ t1 − ∆ t 2
∆
ln t1
∆t 2

(CT V.8/5 – [2])

∆

Với: t1 : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bên
ngoài.
∆ t1

=75 - 25=500C

∆

t2: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phòng sấy với tác nhân sấy bên
ngoài.
∆

t2 = 40-25 = 150C

∆ tb =

∆ t1 − ∆ t 2
50 − 15
⇒ ∆ tb =
= 29, 07 0C
∆ t1
50
ln
ln
∆t 2
15

3.2. Tổn thất nhiệt lượng
3.2.1. Tổn thất qua tường
-

qt =

Nhiệt lượng tổn thất qua tường:

Kt Ft ∆ttb 3600
W ×1000

(kJ/kg ẩm)

Trong đó:

t1 = 750C: nhiệt độ tác nhân sấy trong thiết bị.
t2 = 400C: nhiệt độ không khí ngoài môi trường.
W = 624 (kg): lượng ẩm bay hơi.
kt: hệ số truyền nhiệt qua tường.
1

kt =

1 δ1 δ 2 1
+ + +
α1 λ1 λ2 α 2

(CT V.5/ 3 – [2])


Với:
δ1

= 0,01 (m): chiều dày 1 lớp vữa

δ2

λ1

= 0,2 (m): chiều dày lớp gạch.
= 1,2 (W/mđộ): hệ số dẫn nhiệt của vữa.

λ2
α1
α2

= 0,77 (W/mđộ): hệ số dẫn nhiệt của gạch.
: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường.
: hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường.

Lưu thể nóng (không khí) chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên (vì
có sự chênh lệch nhiệt độ) và cưỡng bức (quạt) không khí chuyển động xoáy do Re
>104


α1

Tính

= k(

α 1,

+

α1

:

α 1,,

) (W/mđộ)

(CT V.42 / 16 – [2])

Trong đó:
k: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc chế độ chuyển động của không khí. Khi
chuyển động xoáy và tường nhám thì k = 1,2 – 1,3.
Chọn k = 1,2.
α 1,

: hệ số cấp nhiệt của không khí nóng đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng
bức. (W/m2.độ).
α 1,,

: hệ số cấp nhiệt của không khí nóng đến thành máy sấy do đối lưu tụ
nhiên tự nhiên.(W/m2.độ).


Nu1, ∗ λtb
α =
Hp
,
1

Tính:

-

(CT V.33/ 11 – [2])

Với:
ttb: nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị.
ttb =
λtb

t1 + t2 75 + 40
=
= 57,5
2
2

0

C

: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình.

λtb

= 0,028825 (W/m.độ)

Nu1,

( Bảng I.255 – [1])

: chuẩn số Nuselt.

Đối với không khí ta có công thức sau:
Nu1,

= 0,018*ε1*Re0,8

(CT V.42 / 16 – [2])

Trong đó:
Re: chuẩn số Renon.
Re =355928,3997
Lp

ε1 phụ thuộc vào tỷ số
Lp
ltd

=

7, 44
1,83

ltd

và Re

=4,07

Tra bảng V.2 trang 15, STQTTB II
ε1 = 1,1717
Nu1,


= 0,018*1,1717*(355928,3997)0,8= 582,343


α1, =

Nu1, ∗ λtb 582,343 ∗ 0, 028825
=
=
Hp
1, 7




Tính

α 1,,

9,874 (W/m2.độ).

:

Gọi tT1 là nhiệt độ trung bình của bề mặt tường tiếp xúc với không khí trong
phòng sấy.
Chọn tT1=52,50C



Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí vào phòng sấy.

ttbk=

75 + 40
2

=57,50C

Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độ trung bình
của tác nhân sấy.

ttb=

52,5 + 57, 5
2

α1,, =

Ta có:

=550C

Nu1,, ∗ λtb
Hp

(Trang 23 – [2])

Trong đó:
Hp: chiều cao thiết bị sấy. Hp = 1,7m.
λtb
λtb

: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình.
= 0,02865 (W/m.độ).

Nu1,,

•

: chuẩn số Nuselt.
Đối với không khí ta có công thức sau:

Nu1,,

= 0,47Gr0,25

(CT V.78/24 – [2])


Gr: 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 khác nhau của
dòng.

g * H 3 ph * β * ∆ t1

g * H 3 ph * ∆ t1

γ2

γ 2 *T

Gr =

Với: β =

1
T

=

(CT V.39/13 – [2])

là hệ số giản nở.

g: gia tốc trọng trường, g = 9,8(m/s2 )
Hph: chiều cao phòng sấy (m)

∆ t1

= ttbk - tT1 =57,5-52,5=50C

T= ttbk+273=57,5+273=330,50K
γ = 18,46.10-6

⇒ Gr =

9,8*1, 73 *5
(18, 46 *10−6 )2 *330,5

=2137509172 hay 2,14.109

Mà chuẩn số Nuselt là:
Nu1,,

= 0,47*Gr0,25 = 0,47*(2,14*109)0,25
=101,09.

Nu1,, ∗ λtb 101,09*0, 02865
α =
=
= 1, 704
Hp
1, 7
,,
1



(W/m2.độ)

Vậy hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường.
α1

= k(


α 1,

+

Tính

α 1,,

α2

) = 1,2( 9,874 + 1,704 ) = 13,8936 (W/m2.độ).

:


α2

=

α 2, + α 2,,

(CT V.134/ 41 – [2])

α2

: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ mặt ngoài của tường phòng sấy ra môi
trường ngoài (W/m2.độ).

α 2,

: hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên (W/m2.độ).

α 2,,

: hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu cưỡng bức (W/m2.độ).

Ta có nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến môi trường xung quanh:
q1=α1*

∆ t1

=13,8936 *(57,5-52,5)=69,468 (KJ/Kg ẩm)

Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì:
tT 1 − tT 2

q1=

δ1 δ 2 δ 3
+
+
λ1 λ2 λ3

(CT V.4/ 3 – [2])

Với:
δ1, δ2, δ3 : bề dày các lớp tường,(m)
λ1, λ2, λ3: hệ số dẫn nhiệt tương ứng (W/m.độ)
δ1= δ2=0,01m: bề dày lớp vữa có λ1= λ2=1,2W/m.độ
δ3=0,2m: bề dày viên gạch có λ3=0,77W/m.độ

Vậy

δ1 δ 2 δ 3
+ +
λ1 λ2 λ3

=

0, 01 0, 01 0, 2
+

+
1, 2
1, 2 0, 77

=0,276 m2.độ/W

Từ đó:

tT1 - tT2 = q1*

δ1 δ 2 δ 3
+ +
λ1 λ2 λ3

= 69,468 *0,276=19,170C

tT2= tT1 – 19,17=52,5-19,17=33,330C (Tt2 là nhiệt độ ngoài phòng sấy)
-

Tính α2’: