Đồ án ngành Máy và thiết bị chế biến thủy sản Thiết kế máy sấy chân không thủy sản công suất 50kgh

LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Trong
quy trình công nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm đểu có công đoạn sấy khô để
bảo quản dài ngày. Công nghệ này ngày càng phát triển trong công nghiệp như công
nghiệp chế biến haỉ sản, rau quả công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật
liệu xây dưng và thực phẩm khác….
Thực tế cho thấy các quá trình nhiệt nói chung và quá trình sấy nói riêng là những
quá trình công nghệ rất phức tạp. Chẳng hạn quá trình sấy là một quá trình tách ẩm
khỏi vật liệu nhờ nhiệt và sau đó sử dụng tác nhân để thải ẩm ra môi trường với
điều kiện năng suất cao, chi phí vận hành, vốn đầu tư bé nhất nhưng sản phẩm phải
có chất lượng tốt, không nức nẻ cong vênh, đầy đủ hương vị…
Để thực hiện một quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị
như : thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy,…), thiết bị đốt nóng tác nhân sấy (calorifer)
hoặc thiết bị lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị khác. Chúng ta
gọi hệ thống các thiết bị thực hiện quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy.
Tp.HCM, tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

MỤC LỤC

DANH CÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................4
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................5
Chương 1: TỔNG QUAN .........................................................................................6
1.1

Các phương pháp sấy ..................................................................................6

1.1.1

Phương pháp sấy nóng .........................................................................6

1.1.2

Phương pháp sấy lạnh ..........................................................................7

1.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy .................................................12

1.3

Một số thiết bị sấy chân không .................................................................13

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ...................................................................15
2.1

Cở sở lý thuyết tính toán các thiết bị trong máy sấy chân không .........15

2.1.1

Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt .....................................................15

2.1.2

Các định nghĩa cơ bản của bức xạ nhiệt ...........................................15

2.2

Tính toán chọn bơm chân không: ............................................................16

2.3

Tính tóan lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy: ................................17

2.4

Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm: ............................................................20

2.5

Cơ sở tính dàn lạnh, dàn nóng .................................................................21

2.5.1.

Tính toán dàn lạnh: ............................................................................21

2.5.2.

Tính toán dàn nóng .............................................................................22

Chương 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ...................................................................23
3.1

Tính toán kích thước buồng sấy ...............................................................23

3.2

Tính toán lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy .................................25

3.3

Tính toán chọn bơm chân không .............................................................29

3.4

Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm ..............................................................30

3.5

Tính dàn lạnh .............................................................................................32

3.6

Tính bình chứa nước ngưng tụ .................................................................32

3.7

Thiết kế mạch điều khiển ..........................................................................35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................36

Sinh viên thực hiện:

2


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

DANH CÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. Các chữ viết tắt
HTS: Hệ thống sấy

J : Mật độ dòng ẩm

KL : Khối lượng

α : Hệ số trao đổi nhiệt

VL : Vật liệu

Q0 : Dòng năng lượng bức xạ từ bên ngoài

VLS : Vật liệu sấy

QA : Dòng năng lượng bị vật hấp thu

VLA : Vật liệu ẩm

QR : Dòng năng lượng bị vật phản xạ lại

VLK : Vật liệu khô

A : Hệ số hấp thu

TNS : Tác nhân sấy

E : Khả năng bức xạ

2. Các ký hiệu

Ehd: Khả năng bức xạ hiệu dụng

 : Độ ẩm tương đối

F: Diện tích

k : Độ ẩm tuyệt đối

δi: Chiều dày vách

ω0 : Độ ẩm ở tâm vật

q: Mật độ dòng nhiệt

ωb : Độ ẩm bề mặt

V: Thể tích

ωtb : Độ ẩm trung bình

m: Khối lượng

ωcb : Độ ẩm cân bằng

N: Công suất

ρ : Khối lượng riêng

K: Hệ số truyền nhiệt

c : Nhiệt dung riêng

k: Hệ số đọan nhiệt của không khí

λ : Hệ số dẫn nhiệt
Ga : Khối lượng nước
p : Áp suất
ζ : Sức căng mặt ngoài
r : Bán kính
η : Thời gian sấy
r : Ẩn nhiệt hóa hơi

Sinh viên thực hiện:

3


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình

Trang

Hình 1.1. Hệ thống sấy tiếp xúc

6

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy bức xạ

7

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa

9

Hình 1.4. Dòng khí chuyển động trong hệ thống

9

Hình 1.5 – 1.6. Hệ thống sấy chân không

11

Hình 1.7. Máy sấy chân không kiểu tủ

13

Hình 1.8. Máy sấy chân không kiểu thùng quay

13

Hình 1.9. Máy sấy chân không trụ tròn

14

Hình 1.10. Máy sấy chân không băng tải

14

Hình 3.1. Khay sấy

23

Hình 3.2. Khung chưa khay sấy

23

Hình 3.3 Buồng sấy

25

Hình 3.4. Tấm tạo nhiệt

29

Hình 3.5. Bình chứa nước ngưng tụ

33

Hình 3.6. Bản vẽ máy sấy sau khi thiết kế

34

Hình 3.7. Sơ đồ mạch điều khiển

35

Sinh viên thực hiện:

4


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy chân không luôn là một
phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng và là phương pháp rút
ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể.
Mục đích: thiết kế máy sấy chân không thủy sản, công suất 50kg/h.

Sinh viên thực hiện:

5


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1

Các phương pháp sấy

Phương pháp sấy nóng
 Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng.
 Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối θ giảm dẫn đến phân

áp suất hơi nước pam trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy
tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề
mặt vật cũng tăng theo công thức:
1.1.1



2 Ph
Pr
 exp(
)
p0
p0 Pr

 Như vậy, trong hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp
suất hơi nước giữa vật liệu sấy và mơi trường. Cách thứ nhất là giảm phân áp suất
của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi
nước trong vật liệu sấy. Như vậy, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hay
chỉ đốt nóng vật liệu sấy mà hiệu phân áp giữa hơi nước trên bề mặt vật (p ab) và
phân áp của hơi nước tác nhân sấy (pam) tăng dần đến làm tăng quá trình dịch
chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi vào môi trường. Dựa vào
phương thức cấp nhiệt cho vật liệu sấy người ta phân ra phương pháp sấy nĩng ra
các loại như sau:
1.1.1.1 Hệ thống sấy tiếp xúc:

Hình 1.1. Hệ thống sấy tiếp xúc
Trong hệ thống sấy tiếp xúc, vật sấy được trao đổi nhiệt với một bề mặt đốt
nóng. Bề mặt tiếp xúc với vật sấy có thể là bề mặt vật rắn hay vật lỏng. Nhờ đó
người ta làm tăng sự chênh lệch áp suất hơi nước. Các phương pháp thực hiện có
thể là sấy kiểu trục cán, sấy kiểu lơ quay, sấy dầu,...

Sinh viên thực hiện:

6


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

1.1.1.2 Hệ thống sấy bức xạ:

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo thiết bị sấy bức xạ
Vật sấy được nhận nhiệt từ nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật
ra bề mặt và từ bề mặt ẩm khuếch tán vào mơi trường. Nguồn bức xạ thường dùng
là đèn hồng ngoại, dây hay thanh điện trở. Sấy bức xạ có thể tiến hành trong điều
kiện tự nhiên hay trong buồng kín.
1.1.1.3

Hệ thống sấy dùng điện cao tần:

Hệ thống sấy này sử dụng năng lượng điện có tầng số cao để làm nóng vật sấy.
Vật sấy được đặt trong từ trường điện từ do vậy trong vật xuất hiện dòng điện và
dòng điện này nung nóng vật cần nung. Hệ thống này thường sấy các vật mềm và
thời gian nung ngắn.
1.1.1.4
Ưu điểm của phương pháp sấy ở nhiệt độ cao:
 Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương
pháp sấy lạnh.
 Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp.
 Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải,
hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải,... cho đến điện

năng.
 Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao.
1.1.1.5
Nhược điểm của hệ thống sấy ở nhiệt độ cao:
 Các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.
 Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao.
1.1.2 Phương pháp sấy lạnh

Sinh viên thực hiện:

7


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy, người ta giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy
bằng cách giảm dung ẩm trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối (θ).
Theo công thức:

pa

Phân áp suất của mơi trường không khí bên ngồi giảm xuống, độ chênh áp
suất của ẩm trong vật sấy vào môi trường xung quanh tăng lên. Ẩm chuyển dịch từ
trong vật ra bề mặt sẽ chuyển vào môi trường. Nhiệt độ môi trường của sấy lạnh
thường thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ của môi trường bên ngoài, có khi nhỏ hơn
0oC).
1.1.2.1
Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0:
 Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân

sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí được khử ẩm
bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ, sau đó nó được
đốt nóng hoặc làm lạnh đến các nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó
do phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề
mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng bay hơi đi vào tác nhân sấy.
 Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu và từ bề mặt vật liệu
vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh loại này hoàn toàn giống như trong các
hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở đây là cách giảm pam bằng cách đốt nóng tác
nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hòa dẫn đến giảm độ ẩm tương đối θ.
Trong khi đó, với các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi
trường thì ta sẽ tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy pam bằng cách
giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp phụ)
hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng lạnh).
1.1.2.2
Hệ thống sấy thăng hoa:
Phương pháp sấy thăng hoa được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất
thấp. Chế độ làm việc thấp hơn điểm ba thể của nước (t = 0,00980C, p =
4,58mmHg). Quá trình sấy được thực hiện trong một buồng sấy kín. Giai đoạn đầu
là giai đoạn làm lạnh sản phẩm, trong giai đoạn này do hút chân khơng làm áp suất
trong buồng sấy giảm, ẩm thoát ra chiếm khoảng 10÷15%.

Sinh viên thực hiện:

8


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa
Việc bay hơi ẩm làm cho nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống dưới điểm ba thể,

có thể làm lạnh vật liệu trong buồng làm lạnh riêng. Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn
thăng hoa, lúc này, nhiệt độ trong buồng sấy đã ở chế độ thăng hoa.

Hình 1.4. Dòng khí chuyển động trong hệ thống
Ẩm trong vật liệu dưới dạng rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật
liệu. Hơi ẩm này sẽ đến bình ngưng và ngưng lại thành lỏng sau đó thành băng bám
trên bề mặt ống. Trong giai đoạn này nhiệt độ vật liệu không đổi. Giai đoạn sau
cùng là giai đoạn bay hơi ẩm còn lại. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu tăng
lên, ẩm trong vật liệu là ẩm liên kết và ở trạng thái lỏng. Quá trình sấy ở giai đoạn
này giống như quá trình sấy ở các thiết bị sấy chân không thông thường. Nhiệt độ
môi chất trong lúc này cũng cao hơn giai đoạn thăng hoa.
Sinh viên thực hiện:

9


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa:
 Nhờ sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được các tính chất tươi sống của sản phẩm,
nếu dùng để sấy thực phẩm sẽ giữ được chất lượng và hương vị của sản phẩm,
không bị mất các vitamin.
 Tiêu hao năng lượng để bay hơi ẩm thấp.
Nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa:
 Giá thành thiết bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ
thuật cao.
 Tiêu hao điện năng lớn, số lượng sản phẩm cần sấy bị giới hạn, không thể
tăng năng suất vì kích thước buồng sấy quá lớn, các thiết bị cho buồng chân không
cũng cần được kín.
 Dầu bôi trơn cho máy móc hoạt động cũng là loại đặc biệt, đắt tiền và khó

kiếm để thay thế, bổ sung.
1.1.2.3
Hệ thống sấy chân không
Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa
nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có yêu
cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy,
biến tính các chất; và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các
loại vật liệu khô chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ...), các loại gỗ quí nhằm mang lại
chất lượng sản phẩm sấy cao đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong và ngồi nước,
rút ngắn đáng kể thời gian sấy,và đặc biệt là có khả năng tiến hành sấy ở nhiệt độ
sấy thấp hơn nhiệt độ môi trường.
 Cấu tạo:
Một hệ thống sấy chân không thường được cấu tạo từ buồng sấy, thiết bị
ngưng tụ và bơm chân không.

Sinh viên thực hiện:

10


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Hình 1.5-1.6. Hệ thống sấy chân không
 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân không:
 Trong các thiết bị sấy chân không, ẩm tách khỏi VLS không phải do đốt
nóng vật mà do tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật với phân áp
suất hơi nước trong tác nhân sấy và do đó cũng tạo ra độ chênh lệch phân áp suất
giữa tâm với bề mặt. Việc định mức cho một áp suất chân không trong khi sấy tùy
thuộc vào loại sản phẩm, nhiệt độ sấy. Để chọn độ chân không cho thiết bị với một
sản phẩm sấy ta căn cứ vào nhiệt độ sấy của sản phẩm để khi đó với áp suất đã chọn

nước trong vật liệu sấy sẽ sôi.
 Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc nhiệt
độ sôi của nước vào áp suất mặt thoáng. Nếu làm giảm áp suất môi trường trong
Sinh viên thực hiện:

11


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

thiết bị sấy xuống đến một áp suất mà ở đó nước trong vật liệu cần sấy bắt đầu sôi,
sẽ tạo ra một chênh lệch áp suất rất lớn trong lòng VLS và qua đó hình thành dòng
ẩm chuyển động từ trong lòng VLS ra ngoài bề mặt. Ở điều kiện áp suất này, nước
trong vật liệu sẽ sôi. Khi nước trong VLS sôi, hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật
liệu, thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ trong ra ngòai bề mặt VLS. Chính vì vậy, ở
điều kiện chân không vật liệu sẽ khô rất nhanh rút ngắn thời gian sấy và cải thiện
được chất lượng sấy.
 Nhờ quá trình hút chân không mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các
phương pháp sấy khác. Vì vậy, sản phẩm sau khi sấy có thể giữ được màu sắc, mùi
vị, cấu trúc vật liệu thay đổi đồng đều nhờ quá trình nước sôi từ bên trong.

1.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí:
Trong cùng điều kiện về độ ẩm không khí, tốc độ gió,…nếu nâng cao nhiệt độ làm
khô thì tốc độ làm khô càng nhanh. Nhưng tăng nhiệt độ cũng chỉ trong giới hạn
cho phép, vì nhiệt độ làm khô cao quá sẽ dễ làm cho cá bị sấy chín và tạo nên màng
cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự thoát nước từ trong cá ra ngoài. Nhiệt độ

làm khô thấp quá cũng không tốt, vì như thế tốc độ làm khô chậm, làm giảm năng
suất của thiết bị, cá dễ bị thối rửa. Nhiệt độ làm khô thích hợp được xác định dựa
vào bản chất của từng nguyên liệu.
 Sự ảnh hưởng bởi tốc độ chuyển động của không khí:
Đây là nhân tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô. Tốc độ gió quá lớn hoặc
quá nhỏ đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình làm khô. Bởi vì tốc độ chuyển động
của không khí quá lớn sẽ khó giữ được nhiệt lượng trên nguyên liệu sấy, còn tốc độ
chuyển động của không khí quá nhỏ sẽ làm chậm lại quá trình làm khô, dẫn đến hư
hỏng sản phẩm như bị lên mốc, thối rửa.
 Sự ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí:
 Khả năng làm khô của không khí phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của nó. Độ ẩm
của không khí càng thấp thì khả năng hút ẩm càng cao và khả năng làm khô càng
lớn. Phương pháp sấy khô cá chính là nâng cao khả năng hút ẩm của không khí
bằng cách sử dụng nhiệt để làm giảm độ ẩm của không khí.
 Trong quá trình sấy, độ ẩm của không khí sẽ tăng lên do tiếp xúc và lấy đi
ẩm của nguyên liệu. Các nhà khoa học cho rằng: Độ ẩm tương đối của không khí
lớn hơn 65% thì tốc độ làm khô chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối là 80%
thì không những quá trình làm khô ngừng lại mà còn xảy ra quá trình ngược lại, tức
là nguyên liệu sẽ hút ẩm của không khí (Nguyễn Trọng Cẩn và Đỗ Minh Phụng,
1990).
Sinh viên thực hiện:

12


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

 Sự ảnh hưởng của tính chất nguyên liệu:
Nguyên liệu càng bé và càng mỏng thì tốc độ làm khô càng nhanh. Vì vậy khi
làm khô cá to, muốn nâng cao tốc độ làm khô phải cắt mổ và phân nhỏ ra cho phù

hợp. Ngoài ra, thành phần hóa học của nguyên liệu (nước, mỡ, protein, chất
khoáng,…), tổ chức thịt rắn chắc hay lỏng lẽo cũng ảnh hưởng đến tốc độ làm khô.

1.3


Một số thiết bị sấy chân không
Máy sấy chân không kiểu tủ:

Hình 1.7. Máy sấy chân không kiểu tủ


Máy sấy chân không kiểu thùng quay:

Hình 1.8. Máy sấy chân không kiểu thùng quay

Sinh viên thực hiện:

13


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản



Máy sấy chân không trụ tròn:

Hình 1.9. Máy sấy chân không trụ tròn


Máy sấy chân không băng tải:

Hình 1.10. Máy sấy chân không băng tải

Sinh viên thực hiện:

14


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
2.1

Cở sở lý thuyết tính toán các thiết bị trong máy sấy chân không

2.1.1

Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt

 Một vật bất kỳ ở nhiệt độ nào (lớn hơn độ không tuyệt đối – 0o K) luôn có
sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sóng điện từ, các sóng này truyền đi
trong không gian theo mọi phương với vận tốc ánh sáng và có chiều dài bước sóng
λ= 0 ÷ ∞. Vậy “ Bức xạ là hiện tượng phát sinh và truyền năng lượng dưới dạng
sóng điện từ”.
 Tia nhiệt là những tia có bước sóng trong khỏang λ= 0,4 ÷ 400 µm có hiệu
ứng về nhiệt tương đối cao (nghĩa là vật có thể hấp thu được và biến thành nhiệt
năng).
 Quá trình bức xạ nhiệt là quá trình phát sinh và truyền những tia nhiệt.
 Quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt tương hỗ

giữa các vật bằng phương thức bức xạ nhiệt.
Bảng 2.1: Bảng phân lọai các dạng bức xạ theo chiều dài bước sóng

2.1.2

Dạng bức xạ

Chiều dài bước sóng

Tia vũ trụ

0,05. 10-6 µm

Tia Gama

(0,5 ÷ 1,0). 10-6 µm

Tia Roghen

10-6 ÷ 20.10-3 µm

Tia tử ngọai

20.10-3 ÷ 0,4 µm

Tia sáng

0,4 ÷ 0,8 µm

Các định nghĩa cơ bản của bức xạ nhiệt

 Dòng bức xạ toàn phần Q (W): là năng lượng bức xạ phát ra trên bề mặt F
của vật trong một đơn vị thời gian trên toàn bộ không gian nửa bán cầu ứng với tất
cả các bức sóng từ 0 đến ∞.
 Khả năng bức xạ bán cầu (mật độ bức xạ bán cầu) của vật E (W/m2): là
dòng bức xạ toàn phần phát ra trên một đơn vị diện tích.
E

dQ
, W/m2
dF

dQ: dòng bức xạ toàn phần.
dF: bề mặt phân bố.
Sinh viên thực hiện:

15


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

 Khả năng bức xạ đơn sắc (hay cường độ bức xạ đơn sắc): là mật độ bức xạ
bán cầu ứng với một dải hẹp của chiều dài bức sóng.
E

dE
, W/m3
d

 Bức xạ bản thân của vật: là bức xạ của vật phát sinh do sự thay đổi trạng

thái năng lượng của vật.
Chúng ta có: Q0 = QA + QR + QD
Q A QR QD


 A R  D 1
Q 0 Q 0 Q0

Trong đó:
A

QA
hệ số hấp thu của vật.
Q0

R

QR
: hệ số phản xạ của vật.
Q0

D

QD
: hệ số xuyên qua của vật.
Q0

 Nếu A = 1 (D = R = 0): vật hấp thu toàn bộ năng lượng bức xạ chiếu tới gọi
là vật đen tuyệt đối.
 Nếu R = 1(A = D = 0): vật sẽ phản xạ toàn bộ năng lượng bức xạ chiếu tới

gọi là vật trắng tuyệt đối.
 Nếu D = 1 (A = R = 0):: vật sẽ cho xuyên qua tòan bộ năng lượng bức xạ
chiếu tới gọi là vật trong suốt tuyệt đối.

2.2

Tính toán chọn bơm chân không:

Về nguyên tắc chọn bơm chân không không khác với máy nén khí, chỉ khác
ở phạm vi họat động và độ nén cao. Các lọai bơm chân không thường dùng là :
bơm kiểu pittông, bơm kiểu roto,…
Gọi V: thể tích trong buồng sấy.
P1, P2: áp suất đầu và cuối quá trình sấy.
T1, T2: nhiệt độ đầu và cuối quá trình sấy.
Khối lượng không khí trong buồng trước khi hút :
m1 

Sinh viên thực hiện:

P1.V
,kg
R.T1
16


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Khối lượng không khí còn lại trong buồng sau khi hút
P2 .V
,kg

R.T2

m2 

Vậy lượng không khí được lấy đi:
Δm = m1 – m2, kg
Thể tích không khí được lấy đi:
v

m



, m3

Lưu lượng trung bình của không khí qua bơm:
Q

v
, m3/s
t

t : thời gian hút đến độ chân không yêu cầu.
Công suất của bơm :
N

N do.n
, kW
1000.do.n .m

Trong đó:
Nđo.n: công suất tính trong quá trình đọan nhiệt
N do.n

1
k


 P1  k 
k


.P1.Q.    1
 P2 

k 1



Q: năng suất hút của máy ( m3/s )
k: hệ số đọan nhiệt của không khí , k = 1,4
ηđo.n: hệ số hiệu dụng đẳng nhiệt.
ηm: hệ số hiệu dụng tính đến quá trình ma sát.
ηđo.n .ηm = 0,6 ÷ 0,7.

2.3

Tính toán lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy:

Nhiệt chủ yếu được truyền đến vật liệu sấy qua bức xạ của nguồn nhiệt như :

điện trở, bóng đèn có công suất lớn,….Thông thường các vật bức xạ được lắp cố
định ngay trên bề mặt của lớp vật liệu sấy.

Sinh viên thực hiện:

17


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Lượng nhiệt cần tính tóan gồm các phần : phần làm nóng vật liệu sấy, nhiệt
làm nóng không khí trong buồng sấy, nhiệt tổn thất qua vách, nhiệt làm nóng vỏ
máy, khung sấy, khay sấy,…

 Nhiệt lượng làm nóng VLS:
Q1  m .cg .t2  t1  , kJ
VLS

Trong đó :
mVLS: khối lượng VLS , kg
cg: nhiệt dung riêng của VLS (kJ/kg.độ )
t1: nhiệt độ VLS lúc đầu ( nhiệt độ môi trường)
t2: nhiệt độ sấy.
 Nhiệt lượng làm nóng không khí trong buồng sấy:
Q2 = mkk*ΔI = ρk*(Vbuồng - Vc)*(i2 – i1), kJ
i1: enthalpy của không khí lúc bắt đầu sấy.
i2: enthalpy của không khí sấy khi nhiệt độ 400C.
m1 = mkk : khối lượng không khí trong buồng trước khi hút.
Vc: VLS và các thiết bị chiếm khoảng 30% thể tích buồng.
ρk: khối lượng riêng của không khí.

 Nhiệt tổn thất ra môi trường bằng bức xạ
 T1 4  T2  4 
Q3  1.F1.C0 
 
 
 100   100  

Trong đó :
T1: Nhiệt độ vách buồng sấy.
T2: Nhiệt độ môi trường.
ε1: Hệ số bức xạ của inox.
F1: diện tích bề mặt buồng sấy, m2
C0 = 5,67 – hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
 Nhiệt lượng làm nóng các thiết bị cơ khí trong máy sấy:
Các thiết bị cơ khí đó là khung sấy, khay sấy, vỏ máy, khung.
Sinh viên thực hiện:

18


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Q4 = m * cg * ( t2 – t1 )
m: tổng khối lượng inox trong máy sấy, kg.
cg: nhiệt dung riêng của inox, J/kg.0K.
 Nhiệt lượng tổn thất ra ngòai môi trường qua vách:
Gồm tổn thất qua bên hông buồng và mặt trước, mặt sau.
Q5 = Q51 + Q52
Trong đó: t2: nhiệt độ buồng sấy.
t1: nhiệt độ môi trường.

λ1: hệ số dẫn nhiệt của inox, W/m.độ.
λ2 : hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh, W/m.độ.
δ1: chiều dày vách buồng sấy.
δ2: chiều dày lớp cách nhiệt của buồng sấy.
Phương trình truyền nhiệt qua vách phẳng:
+ Bốn bên hông:
F51= 4*a*b , m2.
Q51 

F51.t 2  t1 

1  2

1  2

, W.

+ Hai mặt trước và sau:
F52 =2*b*c, m2.
Q52 

F52 .t 2  t1 

1  2

1  2

, W.

 Nhiệt lượng cần thiết để nước trong vật liệu sôi và hóa hơi là:

Q6  m.c p .(t 2  t1 )  m.r .

Lượng nước bay ra trong quá trình bốc hơi tính theo công thức:
m  G1

1   2
kg.
1  2

Trong đó: G1: khối lượng thủy sản, kg.
1: ẩm độ ban đầu thủy sản, %.
Sinh viên thực hiện:

19


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

2: ẩm độ cuối của thủy sản, %.
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước và hơi nước bão hòa, kJ/kg.

 Nhiệt lượng tổn thất qua các gân chịu lực:
F7 : diện tích các gân chịu lực, m2.
Q7 

2.4

F7 .t 2  t1 

1  2


t  2

,W.

Tính toán hệ thống ngưng tụ ẩm:

Hệ thống ngưng tụ ẩm trong máy sấy chân không nhằm hạ nhiệt độ của hơi
ẩm được hút từ trong buồng sấy trước khi vào bơm xuống đến nhiệt độ đọng
sương để cho ẩm ngưng tụ thành nước nhằm làm tăng tuổi thọ của bơm. Các
phương pháp làm lạnh ở hệ thống ngưng tụ: bằng nước đá, dàn lạnh của máy
lạnh,…
tw : nhiệt độ hơi ẩm vào dàn ngưng, oC.
tf : nhiệt độ nước làm mát, oC.
Q : lưu lượng không khí ẩm vào dàn ngưng, m3/s.
d : đường kính ống, mm.
Nhiệt độ trung bình:
tm = 0,5 ( tw + tf) , oC.
Từ bảng các thông số vật lý của nước ở phần phụ lục, ứng với tm oC, ta có:
λm , W/m.độ.
βm ,1/độ.
vm , m2/s.
Prm
g. m .d 3 .t
Grm 
.
v m2

Ram = (Gr.Pr)m .
Tra bảng tìm được C và n

Num  C.Ramn .

Sinh viên thực hiện:

20


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Hệ số tỏa nhiệt của ống đồng:
  Nu m .

m
d

W/m.độ.

Tổn thất nhiệt trên đoạn ống:
Q = G . cp .(tw – tf ).
Trong đó:
G: Lưu lượng không khí ẩm qua dàn ngưng: G = Q , kg/s
cp tra theo tm
Mặt khác:
Q = α.F. (tw – tf).
=> F 

Q
, m2.
 .(t w  t f )

Chiều dài đoạn ống đồng:
l

F
, m.
 .d

2.5

Cơ sở tính dàn lạnh, dàn nóng

2.5.1.

Tính toán dàn lạnh:

Diện tích trao đổi nhiệt

F

Qo
Q
 o .
kt o q of

Q – Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W
o

2

k – Hệ số truyền nhiệt, W/m .K

Δt – Độ chênh nhiệt độ trung bình lôgarit, K.
o

2

q – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị bay hơi, W/m .
of

Ngày nay người ta thường dùng các loại trao đổi nhiệt có các loại cánh khác
nhau để tăng thêm hiệu quả trong việc trao đổi nhiệt cũng như trong việc giảm thiểu
trọng lượng và hình dạng máy làm cho hệ thống nhỏ gọn hơn nhiều.
Dàn lạnh cánh phẳng được sử dụng rộng rãi có bề dày cánh 0,4 – 0,5 mm làm
bằng thép mềm, bằng đồng hay hợp kim nhôm. Loại có gờ ở trong cánh làm bằng
nhôm dẻo có bề dày 0,2 mm. Bước cánh của dàn lạnh chọn từ 2 – 4,5 mm nếu làm
Sinh viên thực hiện:

21


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

việc ở nhiệt độ dương, từ 10 – 15 mm nếu làm việc ở nhiệt độ âm và có bị đóng
tuyết.
Các ống của dàn lạnh có cánh phẳng bằng đồng và có đường kính từ 9 – 18
mm hay bằng thép có đường kính 25 mm.
Các ống trong dàn lạnh được liên kết với nhau bằng các đoạn ống cong hình
chữ U thường được nối với nhau bằng mối hàn hoặc dán keo.

2.5.2.

Tính toán dàn nóng
F

Qo
Q
 o
k .t k q kf

Q – Phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị ngưng tụ, W.
k

2

k – Hệ số truyền nhiệt, W/m .K
Δt – Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit, K.
k

2

q – Mật độ dòng nhiệt, W/m .
kf

Xác định hệ số truyền nhiệt k:
Hệ số truyền nhiệt k có thể xác định theo kinh nghiệm và muốn chính xác
hơn xác định theo lý thuyết. Tuy nhiên các bài toán thực tế luôn phức tạp nên
thường người ta tính theo kinh nghiệm.

Sinh viên thực hiện:

22

Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Chương 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
3.1

Tính toán kích thước buồng sấy

1000

Khay sấy: gồm 12 khay; mỗi khay kích thước: dài x rộng x cao: 1420 x 1000
x 25 mm. Vật liệu chế tạo khay là inox 304 có chiều dày 1 mm. Khay sấy
được đặt trên khung làm bằng inox.

1420
25

110

82

Hình 3.1. Khay sấy

1060

20

20
1045

Hình 3.2 Khung chứa khay sấy
Buồng sấy:
 Buồng sấy thiết kế được chọn là buồng hình hộp chữ nhật, có 13 tấm tạo
nhiệt, 12 khay sấy được đặt trên khung sấy.
 Kích thước của một tấm tạo nhiệt là: dài x rộng x cao: 1420 x 1005 x 30
mm, vậy tổng chiều cao của 13 tấm tạo nhiệt là: 13*30 = 390 mm.
Sinh viên thực hiện:

23


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

 Chọn khoảng cách giữa 2 tấm tạo nhiệt là 80 mm. Khay sấy được đặt giữa 2
tấm tạo nhiệt.
 Vậy chiều cao của buồng sấy phải lớn hơn: 80*12 + 390 + 20*2 = 1390
mm.
 Như vậy ta chọn kích thước của buồng sấy là: dài x rộng x cao: 1500 x
1100 x 1400 mm.
Vì buồng sấy có kết cấu hình hộp chữ nhật nên khả năng chịu lực kém hơn so
với hình trụ. Do đó ta chọn vách buồng sấy là inox SS304 dày 4 mm, trên đó ta bố
trí các gân chịu lực. Vách ngoài của buồng sấy làm bằng tôn tráng kẽm dày 0,5 mm,
ở giữa là lớp cách nhiệt dày 50 mm.
Tính chọn gân chịu lực: chọn gân chịu lực là thanh thép có chiều dài 1150
mm, dày 10 mm, cao 50 mm.
 Tải trọng của một thanh chịu lực:
 Tại tiết diện qua B có moment uốn lớn nhất:
M x max 

p.a 2
.
2

 Khi tiết diện đặt đứng :
Jx 

b.h 3
.
12

ymax 

 
 p

h
.
2

M x max . ymax p.a 2 .h.12 3. p.a 2


   .
Jx
2.2.b.h 3
b.h 2

b.h 2 . 
.

3.a 2

Trong đó:
a: Chiều dài của thanh, a = 1150 mm.
b: chiều dày của thanh, b = 10 mm.
h: chiều cao của thanh, h = 50 mm.

  : Ứng suất bền của vật liệu,   = 1412 kG/cm2.
Vậy: p 

0,01 * 0,05 2 *1412
 8,9.10 3 kG/cm2.
3 *1,15

 Số thanh chịu lực cần thiết: n 
Sinh viên thực hiện:

P
0,05

 5,6
p 8,9.10 3
24


Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản

Với: P: Áp suất thiết kế, P = 0,05 kG/cm2.
Vậy ta chọn 6 gân chịu lực bố trí trên một mặt của hình hộp.

1100
1200

275

312

275

1500

170

352

45

55

375

375

1200

1610

Hình 3.3. Buồng sấy

3.2

Tính toán lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

Lượng nhiệt cần tính toán gồm các phần: Phần làm nóng vật liệu sấy, nhiệt làm
nóng không khí trong buồng sấy, nhiệt tổn thất qua vách, nhiệt làm nóng vỏ máy,
khung sấy, khay sấy,…
+ Nhiệt lượng làm nóng thủy sản:
Q1  m .cg .t 2  t1  , kJ.
VLS

Trong đó :
mVLS: Khối lượng thủy sản (kg).
cg: Nhiệt dung riêng của thủy sản (cá), (cg = 3,62 kJ/kg.độ).
t1: Nhiệt độ thủy sản lúc đầu (nhiệt độ môi trường), chọn t1 = 25 0C.
t2: Nhiệt độ sấy, chọn t2 = 40 0C.
Q1 = 50*3,62*(40 - 25) = 2715 kJ.
Chọn thời gian gia nhiệt làm thủy sản đạt đến nhiệt độ sấy là 15 phút.
Công suất nhiệt cần cung cấp cho thủy sản:
N1 

Q1
2715

 3.01 kW
15.60 15.60

+ Nhiệt lượng làm nóng không khí trong buồng sấy:
Q2 = mkk*Δi = ρk*(Vbuồng - Vc)*(i2 – i1), kJ.
Sinh viên thực hiện:

25