BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HẦM SẤY KHOAI MÌ

ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

LỜI NÓI ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công
nghiệp và nông nghiệp khác nhau. Trong nông nghiệp sấy là một trong những
công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp cũng
như nông nghiệp chế biến nông- hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công
nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quan
trọng trong dây truyền sản xuất.
Thực tế cho thấy quá trình truyền nhiệt nói chung và quá trình sấy nói
riêng là những quá trình công nghệ phức tạp. Để thực hiện tốt quá trình sấy
người ta sử dụng một hệ thống bao gồm các thiết bị như: Thiết bị sấy ( Hầm,
buồng sấy…), Calorifer, Quạt và một số thiết bị khác…
Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng
cho việc sấy sản phẩm là khoai mì lát với năng suất sản lượng đầu vào là
2000kg/mẻ. Hệ thống được lắp đặt tại tỉnh TP.HCM với nhiệt độ không khí và
độ ẩm trung bình trong năm là t=27oC , ϕ=82%.Với nhiệm vụ đó em lựa chọn
công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng khói lò
và nhờ quạt thổi vào.
Với sự hướng dẫn của PGS.TS Mai Thanh Phong đến nay em đã hoàn
thành đồ án này. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu
tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi
các sai sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các
bạn đọc quan tâm.
Em xin chân thành cảm ơn!...

1

ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

MỤC LỤC

1.

TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về sấy
1.1.1 Bản chất của sấy

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Mục đích
của quá trình sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và tăng thời gian
bảo quản vật liệu.
Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự
khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, bởi sự
chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường
xung quanh.
Sấy là quá trình không ổn đinh, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không
gian và thời gian.
1.1.2

Thiết bị sấy (Hầm sấy)

Hệ thống sấy hầm là một trong những hệ thống sấy đối lưu phổ biến
nhất. Nếu hệ thống sấy buồng là sấy từng mẻ với năng suất bé thì hệ thống
sấy hầm có thể sấy liên tục hoạc bán liên tục với năng suất lớn. Hầm sấy
được dùng để sấy các vật liệu sấy kém chiệu nhiệt và khó khô. Vật liệu sấy
thường ở dạng rời xếp lớp. Tuy nhiên, khác với hệ thống sấy buồng có tổ

chức trao đổi nhiệt - ẩm đối lưu tự nhiên, trong hệ thống sấy hầm chỉ có thể
là đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt.
TBTT trong hệ thống sấy có thể là băng tải hoặc nhiều xe goòng, có xe
treo. Các khay sẽ được xếp trên xe goòng, xe treo, trên băng tải.
Do sản phẩm sấy được dùng làm thực phẩm cho cả người nên để đảm
bảo về yêu cầu vệ sinh. Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí
làm tác nhân sấy. Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là khoai mì,

2


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta lựa chọn
công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi.
Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt
1.1.3.1 Chọn tác nhân sấy
Khói lò
1.1.3



Dùng khói lò làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từ
hàng chục độ đến 1000oC, không cần calorife. Tuy vậy dùng khói có nhược
điểm là khói có thể làm ô nhiểm sản phẩm sáy. Vì vậy khói chỉ dùng cho các
vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ.



Hơi quá nhiệt

Dùng hơi quá nhiệt làm tác nhân sấy trong trường hợp sản phẩm sấy dể
cháy nổ và sản phẩm chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt
độ thường lớn hơn 100oC ( sấy ở áp suất khí quyển).


Không khí ẩm

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu
hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm không sợ ô nhiểm sản phẩm sấy.
Tuy vậy không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt
không khí (calorife khí-hơi hay khí-khói). Nhiệt độ không khí để sấy không
thể quá cao, thường nhỏ hơn 500 oC vì nếu nhiệt đọ cao hơn thiết bị trao đổi
nhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao.
1.1.3.2

Chọn chất tải nhiệt

Chất tải nhiệt có nhiệm vụ cấp nhiệt cho tác nhân sấy. Chất tải nhiệt
thông thường là hơi nước, nước nóng, chất lỏng hữu cơ, khói, điện.

-

Hơi nước
Hơi nước là chất tải nhiệt thông dụng nhất. Dùng hơi nước có ưu điểm
là:
3

ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Nhiệt độ ổn định
 Dễ điều chỉnh nhiệt độ
 Hơi nước ngưng tụ tỏa nhiệt lớn nên hệ số tỏa nhiệt khi hơi
ngưng tụ lớn nên bề mặt trao đổi nhiệt nhỏ.
Nhược điểm khi dùng hơi nước là phải trang bị lò hơi.
Nước nóng
Dùng nước nóng làm chất tải nhiệt có ưu điểm:
 Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi.
 Lò nước nóng có cấu tọa đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn.
 Nhiệt dung riêng của nước lớn nên thiết bị gọn
Nhược điểm
0
 Nhiệt độ bị hạn chế ( thường <100 C ) nếu dùng nhiệt độ cao
hơn phải funggf nước áp suất cao.
 Cần sử lý nước để chống đóng cặn.
Chất lỏng hữu cơ
Dùng chất lỏng hữu cơ làm chât tải nhiệt có ưu điểm:



-

-



-

-


-


-



Nhiệt độ có thể tăng lên vài trăm độ ở áp suất khí quyển.



Không có hiện thượng đóng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt



Lò gia nhiệt chất lỏng hữu cơ có cấu tạo đơn giản hơn so với lò
hơi.

Nhược điểm


Nhiệt dung riêng bé hơn nước nên lưu lượng lớn hơn so với nước
khi cùng công suất



Giá thành đắt hơn nước.

Điện
Dùng điện để cấp nhiệt có các ưu điểm:
 Thiết bị đơn giản, hiệu suất cao
 Dễ điều chỉnh nhiệt độ
 Không gây ô nhiễm môi trường
Nhược điểm khi dung điện là giá thành năng lượng cao.
Khói lò
Dùng khói lò làm chất tải nhiệt có ưu điểm:
4


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Không phải trang bị lò hơi nên vốn đầu tư thấp.
Nhược điểm
 Calorife khí – khói làm việc ở nhiệt độ cao cần dùng vật liệu
chịu nhiệt
 Khói có hệ số truyền nhiệt thấp nên diện tích bề mặt truyền nhiệt
lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng.
 Khói làm bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt.
 Điều chỉnh độ khó khăn hơn khi dùng hơi hay chất lỏng.


-

Ở đây chọn tác nhân sấy sẽ là không khí ẩm và tác nhân gia nhiệt là khói
lò ( nhiên liệu dùng là củi)
Sơ lược về nguyên liệu
 Nguyên liệu sử dụng: khoai mì.

1.2

Khoai mì có tên khoa học là Manihot Esculenta (Grantz), là loại cây
lương thực phát triển ở các vùng có khí hậu nhiệt đới. Khoai mì phát
nguồn từ lưu vực sông Amazon ở phía nam châu Mỹ. Từ thế kỷ 16, cây
khoai mì được trồng ở châu Á, châu Phi và Mỹ La Tinh. Ở Việt Nam,
khoai mì được trồng từ Bắc vào Nam nhất là ở vùng trung du và vùng
núi. Trên thế giới, khoai trồng ở 30 o vĩ tuyến Bắc cũng như Nam. Năng suất
bình quân về khoai mì ở nước ta vào khoảng 8 – 10 tấn củ/ha. Sản phẩm
khoai mì được sử dụng một phần nhỏ dưới dạng củ tươi, còn lại đưa vào chế
biến, gồm 2 dạng chính: dạng sơ chế thành khoai mì lát khô, khoai mì dạng
viên hoặc tinh chế thành bột.



Phân loại khoai mì theo hàm lượng độc tố trong khoai mì:

Khoai mì đắng: có hàm lượng HCN lớn hơn 50mg/kg, củ thường có 7
cánh mũi mác, cây thấp và nhỏ.
Khoai mì ngọt (M.Dulcis): có hàm lượng HCN dưới 50mg/kg, củ thường
có 5 mũi mác, cây cao và thân to.
Khoai mì tươi: chứa một lượng độc tố dạng glucoxit có công thức hóa
học là C10H17O6N gọi là manihotoxin, dưới tác động của dịch vị chưa acid
5

ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

clohydric hoặc men tiêu hóa, chất này bị phân hủy và giải phóng ra acid
cyanhydric là chất độc đối với con người:
C10H17O6N + H2O = C6H12O6(CH3)2O + HCN
Hàm lượng độc tố trong khoai mì trong khoảng 0,001-0,04% chủ yếu tập
trung chủ yếu ở vỏ cùi. Khi sử dụng khoai mì bóc vỏ là đã loại được phần lớn
độc tố. Liều gây độc cho người lớn là 20mg HCN. Liều gây chết người là
1mg HCN/kg thể trọng. Khoai mì được sơ chế thành các dạng sắn lát khô, sợi
khô hoặc bột khoai mì thì chất độc trong củ khoai mì đã được loại đi rất
nhiều.


Cấu tạo của củ

Cấu tạo củ khoai mì: cấu tạo hình gậy 2 đầu vuốt nhỏ lại (cuống và đuôi)
tùy theo giống và điều kiện canh tác, độ màu mỡ của đất mà chiều dài của củ
dao động khoảng 300-400mm, đường kính củ 40-60mm.
Gồm 4 phần chính: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt khoai mì và lõi
-

-

-

-

Vỏ gỗ: la phần bao ngoài, mỏng, 0,5 – 3% khối lượng toàn củ, thành
phần chủ yếu là xenluloza, không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ khỏi
tác động từ bên ngoài.
Võ cùi: chiếm 8 – 15% khối lượng toàn củ, thành phần chủ yếu là tinh
bột, xenluloza, hemixenluloza. Nhựa khoai mì gồm polyphenoltanin,
độc tố.
Thịt khoai mì: là thành phần chủ yếu của củ chiếm 77 – 94% khối
lượng toàn củ, thành phần chủ yếu là tinh bột, xenluloza, protein và
một số chất khác.
Lõi: chiếm 0,3 – 0,4% khối lượng toàn củ ở trung tâm, dọc suốt từ
cuống đến chuôi củ.
 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Củ khoai mì giàu tinh bột với nhiều gluxit khó tiêu nhưng lại nghèo chất
béo, muối khoáng, vitamin và nhất là nghèo đạm. Hàm lượng các acid amin
không cân đối: thừa arginin nhưng lại thiếu acid amin chứa lưu huỳnh.

6


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Trong số các chất dinh dưỡng thì tinh bột có ý nghĩa cao hơn cả. Hàm
lượng tinh bột nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó độ già là một
trong những yếu tố quan trọng. Độ già phụ thuộc vào thời gian thu hoạch.
Với giống khoai mì có thời gian sinh trưởng 1 năm thì trồng vào tháng 2 và
thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau. Đào vào tháng 12 và tháng giêng
thì hàm lượng tinh bột cao nhất vì thời gian này khaoi mì già nhất.

Khoai mì là loại cây trồng có nhiều công dụng chế biến trong công
nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực, thực phẩm. Ở nước ta, củ khoai mì
dùng để chế biến tinh bột, , khoai mì lát khô, bột khoai mì hoặc dùng để ăn
tươi, tạo hàng loạt sản phẩm công nghiệp: bột ngọt, mì ăn liền, glucose, xiro,
phụ gia dược phẩm, kỹ nghệ chất dính (hồ vải, dán gỗ), rượu cồn, bánh kẹo,
mạch nha, phụ gia thực phẩm, …


Yêu cầu sản phẩm

Màu sắc: trắng đều, không có lốm đốm, nâu đen trên bề mặt.
Độ ẩm không quá 15%, bẻ thấy giòn, lát vỡ ra dễ dàng có tiếng kêu. Tạp
chất sạch không lẫn sỏi, rác, đất, rễ, cuống, …

7


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị
2.

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Quy trình

Nước

Khoai mì củ

Rửa bỏ cuống

Bóc vỏ

Bã

Bã

Thái lát
Nước

Ngâm, xử lý

Bã

Để ráo
Sấy
Phân loại
Sản phẩm

8


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Thuyết minh quy trình
 Nguyên liệu

2.2.

Nguyên liệu khoai mì được xếp lên các khay. Các khay này lần lượt
được xếp vào xe goòng. Sau khi các xe goòng vào trong hầm sấy, cửa hầm
được đóng lại, tác nhân sấy được đưa vào hầm và quá trình sấy bắt đầu. Sau
thời gian khoảng 8 giờ (7,6 giờ), mở cửa hầm sấy, kéo xe goòng ra khỏi hầm
để thu sản phẩm.
 Tác nhân sấy
Tác nhân sấy sử dụng ở đây là không khí. Không khí bên ngoài được
đưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy. Tại caloriphe, không khí được gia nhiệt đến
nhiệt độ cần thiết (caloriphe dùng chất tải nhiệt là khói lò). Sau đó không khí
được dẫn vào hầm sấy. Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy phải được chọn
sao cho phù hợp với vât liệu đem sấy (phải nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vật
liệu có thể chịu được). Trong hầm sấy, không khí nóng đi qua các khay đựng
vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy. Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờ nhiệt
của dòng khí nóng trên. Quạt hút được đặt cuối hầm sấy để hút tác nhân sấy
ra khỏi hầm và đưa ra ngoài.

9


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị
3.

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Các thông số ban đầu
3.1.1 Vật liệu sấy
Nhiệt độ khoai mì vào hầm (θ1)
Nhiệt độ khoai mì ra hầm (θ2)
Khối lượng riêng

Nhiệt dung riêng
Độ ẩm đầu
Độ ẩm cuối
Đường kính lá khoai mì
Bề dày lát khoai mì
Năng suất
3.1.2

27oC
40oC
1400 kg/m3
1.88 kg/m3
43 %
12 %
0.05 m
0.01m
2 tấn/mẻ

Tác nhân sấy

Tác nhận sấy là không khí. Các thông số ứng với các trạng thái trong quá
trình sấy là:
•

Trạng thái A:không khí trước khi vào calorife

Nhiệt độ to = 27oC, độ ấm tương đối ϕo = 82%.Ta tính các thông số còn lại
của không khí trước khi vào calorife:
-

Áp suất hơi bão hòa:

4026, 42 
Pbh 0 = exp 12 −
 = 0, 0355
235,5 + t 0 

4026, 42 

= exp 12 −
 = 0, 0355
235,5 + 27 


-

Hàm ẩm không khí
x0 = 0, 622.

-

(bar) = 26,63 (mmHg)

ϕ0 .P0bh
0,82.0, 0355
=
= 0, 0184
P − ϕ0 .P0bh 1, 01325 − 0,82.0, 0355

(kg ẩm/kgkkk)

Với P là áp suất khí quyển
Entanpi của không khí:
10


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

H 0 = t0 + (2493 + 1,97.t0 ).x0 = 27 + (2493 + 1,97.27).0, 0184 = 73,8203
-

( kJ/kgkkk)

Áp suất hơi riêng phần của không khí:
P0 = ϕ0 .P0bh = 0,82.0, 0355 = 0, 0291

•

(bar) = 21.8269 (mmHg)

Trạng thái B: không khí sau khi qua calorife, trước khi vào hầm sấy

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy t1 = 100oC.
-

Áp suất hơi bảo hòa của không khí:
4026, 42 


Pbh1 = exp 12 −
 = 0,9987
235,5 + 100 


-

(bar) = 749,0887 (mmHg)
Hàm ẩm không khí: x0 = x1 = 0,0184 (kg ẩm/kgkkk)
Entanpi của không khí:
H1 = t1 + (2493 + 1,97.t1 ).x1 = 100 + (2493 + 1,97.100).0, 0184 = 149, 496

-

Độ ẩm tương đối của không khí:
ϕ1 =

-

( kJ/kgkkk)

x1.P
0, 0184.1, 01325
.100 =
.100 = 2,91%
0, 622.Pbh1 + x1.Pbh1
0, 622.0,9987 + 0, 0184.0, 9987

Áp suất hơi riêng phần của không khí:
P1 = P0 = 21.8269 (mmHg)

• Trạng thái C: không khí sau khi ra khỏi hầm sấy

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy t2 = 45oC.
-

Áp suất hơi bảo hòa của không khí:
4026, 42 

Pbh 2 = exp 12 −
 = 0, 0949
235,5 + 45 


-

= 71,1811(mmHg)
Entanpi của không khí: H2 = H1 = 149,496 ( kJ/kgkkk)
Hàm ẩm không khí ở trạng thái C:
x2 =

-

H 2 − t2
149, 496 − 45
=
= 0, 0404
2493 + 1,97.t2 2493 + 1,97.45

(kgẩm/kgkkk)

Độ ẩm tương đối của không khí:
ϕ2 =

x2 .Pbh 2
0, 0404.1, 01325
.100 =
.100 = 65,12%
0, 622.Pbh 2 + x2 .Pbh 2
0, 622.0, 0949 + 0, 0404.0, 0949

11


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

-

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Áp suất hơi riêng phần của không khí:
P2 = ϕ2 .Pbh 2 = 0, 6512.0, 0949 = 0, 0618

(bar) = 46,3539(mmHg)

Đồ thị H – x của không khí ẩm
Bảng tổng hợp:
ϕ (%)
t (0C)
x (kgẩm/kgkkk)
H (kJ/kgkkk)

P (mmHg)

A
82
27
0,0184
73,8203
21,8269

B
2.91
100
0,0184
149,496
21,8269

C
65,12
45
0,0404
149,496
46,3539

12


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị
3.2.

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Tính thời gian sấy

Chọn tốc độ sấy của tác nhân sấy : v = 3 m/s
Cường độ sấy:
Jm=αp.∆P
Trong đó:
αp = 0,0229+0,0174.v = 0,0751 (kg/m2.h.mmHg) là hệ số trao
đổi ẩm.
∆P =

∆P1 − ∆P2
∆P
ln 1
∆P2

∆P1 = Pb − P1
∆P2 = Pb − P2

Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ tư=38oC
4026, 42 

Pb = exp 12 −
 = 0, 0658
235,5 + 38 


(bar) = 49,3542(mmHg)

∆P1 = Pb − P1 = 49,3542 − 21,8269 = 27,5273

∆P2 = Pb − P2 = 49,3542 − 46,3539 = 3, 0003
∆P =



∆P1 − ∆P2 27,5273 − 5, 9255
=
= 11, 0655
∆P1
27,5273
ln
ln
5,9255
∆P2

J m = α p .∆P = 0, 0751.11, 0655 = 0,831

(kg/m2.h)

Tốc độ sấy:
N = 100.J m . f = 100.J m .

1
ρ0 .Rv

13


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Trong đó:
f: bề mặt riêng khối lượng vật liệu
ρ0

= 1400kg/m3: khối lượng riêng của khoai mì
V0
F

Rv =

: kích thước đặc trưng cảu vật liệu sấy

Vo : thể tích của lát khoai mì
F : diện tích bề mặt lát khoai mì

Rv =

πd2
h
4
2π d 2
+ π dh
4

N = 100.J m .



= 3,571.10-3 (m3/m2)

1
1
= 100.0,831.
= 16, 621
ρ0 .Rv
1400.3,571.10−3

(%/h)

Độ ấm tính theo vật liệu khô:

-

-

-

Độ ẩm đầu: uo =

u 'o
100 − u 'o

=

43
100 − 43

u '2

100 − u '2

= 75,44%
12
100 − 12

Độ ẩm sau khi sấy: u2 =
=
= 13,64%
Độ ẩm cân bằng: u* = 10%
uo
75, 44
+u*
+ 10
1, 8
1,8
Độ ẩm tới hạn: uth =
=
= 51,91%
• Thời gian sấy đẳng tốc:
τ1 =
•

U 0 − U th 75, 44 − 51,91
=
= 1, 4156
N
21,125

(h)

Thời gian sấy giảm tốc:
14


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

τ2 =

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

U th − U * U th − U * 51,91 − 10 51, 91 − 10
.ln
=
.ln
= 6,1641
N
U2 −U *
21,125
13, 64 − 10

(h)

 Tổng thời gian sấy: 7,5796(h)

Cân bằng vật chất
Lượng nguyên liệu đầu vào:
G1=2000(kg/mẻ)
Năng suất sản phẩm

3.3.
-

G2 = G1.
-

100 − U 0
100 − 75, 44
= 1500.
= 568, 79
100 − U 2
100 − 13, 64

(kg/mẻ)

Lượng ẩm cần bay hơi:
W = G1 – G2 = 1431,21 (kg ẩm/mẻ)

-

Lượng không khí tiêu hao:
L=

-

W
1431, 21
=
= 65054,982
x2 − x1 0, 0404 − 0, 0184

(kgkkk/mẻ)

Lượng dung môi tiêu hao riêng:
l=

L 65054,982
=
= 45, 455
W
1431, 21

(kgkkk/kgẩm)

Tính thiết bị chính
3.4.1 Tính xe goòng
• Tính khay
Diện tích bề mặt 1 lát khoai mì

3.4.

-

Sbm
-

d2
0, 052
= π. = π.
= 0, 00196

4
4

(m2)

Khối lượng 1 lát khoai mì

mlat = Sbm .h.ρ = 0, 0196.0, 01 = 0, 000196.1400 =

-

Số lát khoai mì:
nlat =

-

0,0275 (kg)

G1
2000
=
=
mlat 0, 0275

72793 (lát)
Tông diện tích lát khoai mì
15


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

G1
2000
.Sbm =
.0, 00196 =
mlat
0, 0275

Sbmtong =
-

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

142,86 (m2)

Chọn kích thước khay

Khay sử dụng lưới đan với khung thép bên ngoài
Dài: lkhay = 1,2 (m)
Rộng: bkhay = 1 (m)
Đường kính sợi lưới: 2 (mm)
Bước lưới: 20 (mm)
Số sợi ngang =

1200
20

= 60 (sợi)

1000
20

Số sợi dọc =
= 50 (sợi)
Khối lượng lưới
π

-

mlưới = V.ρ
= 2,9579 (kg)
Khung khay làm bằng thép CT3 20x20x1,5
Thể tích khung khay
(0,02.0,02-0,017.0,017).2.(1,2+1) = 0,0004884 (m3)
Khối lượng khung khay = 0,004884.7850 = 3,8339 (kg)
Khối lượng khay
mkhay = 3,8339 + 2,9579 = 6,7918 (kg)
Diện tích bề mặt khay:
S khay = lkhay .bkhay =

-

lkhay bkhay 1, 2 1
.
=
.
=
d
d
0, 05 0, 05

480 (lát/khay)

Lượng vật liệu trên khay:
mvl / khay =

-

1,2.1 = 1,2 (m2)

Số lát trên 1 khay
nlat / khay =

-

0.0022
.(50.1, 2 + 60.1).7850
4

480.0,0275 = 13,2 (kg)

Số khay
nkhay =

nlat
nlat / khay

=

72793
=

480

152 (khay)
16


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị
•

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Tính xe goòng

Xe goòng có 12 tầng khay.
-

Khối lượng vật liệu trên xe:
mvl / xe = mvl / khay .12 =

-

Số xe cho 1 mẻ:
nxe =

-

-

158,26 (kg)

G1
2000
=
=
mvl / xe 158, 26

13 (xe)

Chiều dài xe
Lxe = 1,2 + 0,05.2 = 1,3 (m)
Chiều rộng xe
Bxe = 1 + 0,05.2 = 1,1 (m)
Chiều cao xe
(12 + 1).(0,1 + 0, 04) =

Hxe =
1,83 (m)
Xe goòng được chế tạo từ vật liệu là thép thường CT3 ( 25x25x1,5) do
ta làm việc ở môi trường nhiệt độ không quá cao, để giảm về chi phí
chế tạo nên có thể chon thép thường. Với các thông số của thép như
sau:
Khối lượng riêng thép CT3: ρCT3 = 7850 kg/m3
Diện tích mặt cắt ngang:
S1 = 0, 025.0, 025 − 0, 022.0, 022 = 0, 000141

(m2)

Thép chữ L đỡ khay: thép CT3 30x30x3,mỗi tầng khay dùng 2
thanh dài 1,2m
Khối lượng thép chữ L:

1, 2.(0, 03 + 0, 27).0, 003.2.12

= 0,0024624 (m3)

Tổng thể tích của thép CT3 trên khung xe goòng :
V = 0, 000141.(1,83.4 + 1,1.2.12 + 1,3.2.12) =

0,009154 (m3)

Khối lượng xe:

17


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

mxe = V .ρCT 3 = (0, 009154 + 0, 0024624).7850 =

110,516 (kg)

Hầm sấy
Chiều dài hầm sấy
Lh = Lx.nx + 2.Lbs
Với Lbs = 1(m)
Lh = 1,3.13 + 2.1 = 18,43 (m)
Chiều rộng hầm sấy tính theo chiều rộng của xe goong. Ta lấy dư ra 2
phía mép trái và phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm
sấy được dễ dàng.

Bh = Bx + 2.0,1 = 1,1 +0,2 = 1,3 (m)
Chiều cao của hầm tính theo chiều cao của xe goong. Ta lấy dư ra phía
mép trên của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ
dàng:
Hh = Hx + 0,1 = 1,83 + 0,1 = 1,93 (m)
Hầm sấy được xây dựng bằng gạch có chiều dày 200mm xung quanh
tường bên, còn trần hầm sấy có một lớp bê tông thường dày δ = 0,15 m
và một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày δ = 0,1 (m).
Chiều rộng thực của hầm sấy khi tính phần tường bao hai bên:
Bhầm thực = Bh + 2.0,2 = 1,3 + 2.0,2 = 1,7 (m)
Chiều dài cao hầm sấy khi tính phần bê tông và lớp bông thủy tinh cách
nhiệt phía trên trần:
Hhầm thực = Hh + 0,15 + +0,1 = 1,83 + 0,15 + 0,1 = 2,18 (m)
3.4.2

-

-

-

-

-

18


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị
4.

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
4.1. Tổng tổn thất nhiệt trong hệ thống
• Nhiệt do vật liệu sấy mang đi
o
- Nhiệt độ vật liệu sấy đi ra khỏi hệ thông sấy: θ2 = 40 C
QVL = G2 .CVL .(θ 2 − θ1 )

CVL = CVLK .(1 − u '2 ) + CH 2O .u'2

Trong đó:
CVL : nhiệt dung riêng của cá lóc sau khi ra khỏi hệ thống sấy
CVLK : nhiệt dung riêng của khoai mì, CVLK = 1,88 (kJ/kg.K)
CH2O : nhiệt dung riêng của nước, CH2O = 4,18 (kJ/kg.K)
 CVL = 1,88.(1 – 0,12) + 4,18.0,12 = 2,156 (kJ/kg.K)

-

QVL = 568,79.2,156.(40 − 27)

= 15942,057 (kJ/mẻ)
• Tổn thất nhiệt do xe goòng và khay mang đi
Nhiệt do xe mang đi:

QX = GX .CCT 3 .(t X 2 − t X1 ).n x = 110,5164.0,5.(40 − 27).13 = 9078, 41

-

(kJ/mẻ)

Nhiệt tổn thất do khay:

Qk = Gk .CCT 3 .(t X 2 − t X1 ).n khay = 6, 7198.0,5.(40 − 27).152 = 44803,571

-

(kJ/mẻ)

Tổng tổn hao do xe và khay:
Qx + k = Qx + Qk =

-

7306,72 + 6753,57 = 53881,982 (kJ/mẻ)
• Tổn thất nhiệt ra môi trường
Tổn thất qua tường:

Qtb = F .k tb .∆ t tb

Trong đó:
F : diện tích của các bề mặt tính tổn thất nhiệt tương ứng
∆tb: Động lực trung bình
ktb : hệ số trao đổi nhiệt, tính theo công thức
k=

1
δ
1

1
+∑ i +
α1
λi α 2

19


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Với α1 và α2 lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của tác nhân sấy với
bề mặt trong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề
mặt ngoài cuả tường hầm sấy với môi trường bên ngoài.
α1 = 6,15 + 4,17.v = 6,15 + 4,17.3 = 18, 66(W/ m 2 .K )
α 2 = 8(W/ m 2 .K )

Theo “ Giáo trình Kỹ Thuật Sấy Nông Sản Thực Phẩm, Nguyễn Văn
May” : hầm sấy được thiết kế đặt trong nhà nên chọn hệ số α2= 8
(W/m2.K)
Hệ số dẩn nhiệt của gạch thường : λg =0,75 (W/m.K)
ktb =

1
1
=
= 2, 2459
1
0, 2 1

δi 1
1
+
+
+∑ +
α1
λi α 2 18, 66 0, 75 8

(W/m2.K)

Nhiệt tổn thất qua tường bên hầm sấy:
Diện tích bề mặt tường:
F = 2.18,43.2,18 = 80,3508 (m2)
∆ttb =

∆t1 − ∆t2
∆t
ln( 1 )
∆t 2

∆t1 = 100 − 27 = 73
∆t2 = 45 − 27 = 18
∆ttb =

73 − 18
73
ln( )
18



= 39,2833
 Qtb = 80,3508.2,2459.39,2833 = 193436,158 (kJ)
-

Tổn thất qua trần:
Hệ số dẩn nhiệt của lớp bê tông dày 0,15m λb =1,28 (W/m.K)
Lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 0,1 m : λbtt = 0,058 (W/m.K)
α2 để tính cho trường hợp tổn thất nhiệt ở trần thì phải lấy 1,3α2 ở trên.
20


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

ktr =


-

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

1
1
=
= 0,50224
1
0,15
0,1
1
δi 1
1

+
+
+
+∑ +
α1
λi α 2 18, 66 1, 28 0, 058 1,3.8

Qtr = Ftr .k tr .∆ttb = 18, 429.1,3.0,50224.39, 2833 = 12897,9

(W/m2.K)

(kJ)

Tổn thất nhiệt qua cửa:
Cửa của hầm sấy được làm bằng thép CT3 :
Bề dày lớp cữa là 4mm
Các kích thước cữa phải phù hợp với kích thước không gian
trống ở cữa hầm để có thể cách nhiệt tốt.
Chiều cao cửa : h = 1,93 (m)
Chiều rộng cửa : r=1,3 (m)
Hệ số dẫn nhiệt của thép : λth =46,5 (W/m.K)
kc =


-

1
1
=
= 5,5967

1
0,
004 1
δi 1
1
+
+
+∑ +
α1
λi α 2 18, 66 46, 5 8

(W/m2.K)

Qc = Fc .kc .(∆td + ∆tc ).τ = 1,3.1,93.5,5967.(45 − 27) = 6896,943

(KJ)

Nhiệt tổn thất qua nên hầm sấy:
Qn = F .q0

Trong đó:
Qn : nhiệt tổn thất qua nên hầm sấy W/m2 , qo= 40,26 W/m2
F : diện tích phần nền hầm sấy, F= Bham.Lham (m2)
W : lượng ẩm bay hơi (kg/h)

-

Qn = 18, 429.1,3.40, 26 = 26319,148

(KJ)

Tổn thất do mở cửa:
Qmc = 0,1.(Qt + Qn) = 0,1.(193496,158 + 26319,148) = 23077,6366
(KJ)
 Tổng lượng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài:
Qmtr = Qn + Qtr + Qtb + Qc + Qmc
= 26319,148 + 12897,9 + 193496,158 + 6896,943 + 23077, 6366 = 273648,845(kJ )

 Lượng nhiệt bổ sung thực tế:
21


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

∆ = WCH 2O .θ1 − (Qmtr + Qx + k + QVLS )

=1431,21.4,18.27-(273648,845 + 53881,982 + 15942,057) =
-181946,569(KJ)
4.2.

Quá trình sấy thực

Ta có:
H '2 − H 0 H1 − H 0
=
+∆
x '2 − x0
x '2 − x0

Trong đó :



x’2 : là hầm ẩm của không khí sau khi ra khỏi hầm sấy
của quá trình sấy thực
Hi : entanpy của không khí ẩm được tính theo công thức:

H i = C pk .t + (r + C pa .t ).x = 1, 004.t + (2493 + 1,842.t).x = t + (2493 + 1, 97.t). x

Cpk , Cpa , r : nhiệt dung riêng của không khí khô, của hơi
nước và ẩn nhiệt hóa hơi.
Cpk=1,004 kJ/kg.K
Cpa=1,842 kJ/kg.K
r=2493 kJ/kg
x '2 =

t2 − H1 + ∆.x0
45 − 149.496 − 112869,946.0, 0184
=
= 0, 0394
∆ − (2493 + 1,97.t2 )
181946,569 − (2493 + 1, 97.45)


Entanpy của không khí sau khi ra khỏi hệ thống hầm sấy
của quá trình sấy thực:

H '2 = t2 + (2493 + 1,97.t2 ).x '2 = 45 + (2493 + 1,97.45).0, 0398 = 147,807



ϕ2 =

Độ ẩm tương đối của không khí sau khi ra khỏi hệ thống
hầm sấy của quá trình sấy thực :

x '2 . P
0, 0398.1, 01325
.100 =
.100 = 64, 21%
0, 622.Pbh 2 + x '2 .Pbh 2
0, 0622.0, 0949 + 0, 0398.0, 0949
22


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị



GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

Áp suất hơi riêng phần của không khí sau khi ra khỏi hệ
thống hầm sấy của quá trình sấy thực :
P2 = ϕ2 .Pbh 2 = 0, 6421.0, 0949 = 0, 06097



l'=

(bar)
Lượng không khí tiêu hoa riêng:

1
1
=
= 46, 729
x '2 − x0 0, 0398 − 0, 0184


L' = W.l ' =

(kg/kg ẩm)

Lượng không khí khô cần cho quá trình sấy thực:
W
1431, 21
=
= 68022,1309
x '2 − x0 0, 0394 − 0, 0184

(kg/mẻ)

Cân bằng nhiệt và hiệu suất hệ thống sấy
Lượng nhiệt tiêu hao Q

4.3.
-

Q = L.(H1 − H 0 ) = W .

-

H1 − H 0
149.496 − 73,8203
= 1431, 21.
= 5147622,371
x '2 − x0
0, 0394 − 0, 0184

(KJ)

Lượng nhiệt có ích q1 :

Q1 = W .(i2 − Ca .θ1 ) = ( r + C pa .t2 ) − Ca .θ1  = [ (2500 + 1,842.45) − 4,18.27 ] = 3535130, 656

(KJ

)
-

Lượng nhiệt do tác nhân sấy mang đi q2 :
Q2 = L '.CTNS .(t 2 − t0 )
CTNS = C pk + C pa .x0 = 1, 004 + 1,842.0, 0184 = 1, 03789( kJ / kg.K )


-

Q2 = L '.CTNS .(t 2 − t0 ) = 68022,13.1, 03789.(45 − 27) = 1270794, 24

(KJ)

Tổng lượng nhiệt có ích và tổn thất:
Q' = Q1 + Q2 + Qmtr + QVL + QTBTT

= 3535130, 656 + 1248151, 46 + 247576,525 + 15942.057 + 53881,982 = 5149397, 779( KJ )
-

Hiệu suất của thiết bị sấy:
η=

-

Q1
3535130, 656
.100 =
.100 = 68, 65%
Q'
5149397, 779

Sai số:
23


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

STT
1
2
3
4

5
6
7
8
5.

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

ε=

Q'− Q
5149397, 779 − 5147622,371
.100 =
.100 = 0, 034%
Q
5147622,371



Bảng cân bằng nhiệt:

Đại lượng
Nhiệt lượng có ích
Tổn thất nhiệt do TNS
Tổn thất nhiệt do VLS
Tổn thất nhiệt do TBTT
Tổn thất nhiệt ra môi
trường
Tổng nhiệt theo tính toán
Tổng nhiệt lượng tiêu hao

Sai số tương đối

Ký hiệu
Q1
Q2
QVL
QTBTT
Qmtr

kJ/kg
3535130.656
1248151,46
15942.057
53881,982
247576.525

%
68,65
24,23
0,31
1,05
4,81

Q’
Q
ε

5149397,779
5147622,371

100
0,034

TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
5.1. Tính calorife
- Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau đây:
Lượng nhiệt khói mất đi bằng lượng nhiệt không khí nhận( bỏ qua tổn
thất ):
Qk = Gk .Ck .(tv − tr ) = Gkk .Ckk .(t1 − t0 )

Trong đó :
Gk , Gkk : lượng khói đi trong ống và lượng không khí đi
bên ngoài ống ( kg/s).
 Ck , Ckk : nhiệt dung riêng của khói và của không khí
 tv :nhiệt độ vào của khói
 tr : nhiệt độ ra của khói
 t1 , to : nhiệt độ của không khí ra khỏi calorife và trước
khi vào calorife. t1 =100 oC, t0=27 oC.
Ta có phương trình truyền nhiệt:


-

Qk = F .K .∆tlog



F : diện tích truyền nhiệt ( m2)
K :hệ số truyền nhiệt ( W/m2.K)

24


ĐAMH Quá Trình & Thiết Bị

K=

GVHD : PGS.TS Mai Thanh Phong

1
δ
1
1
+∑ i +
αk
λi α kk

∆tlog

: hiệu nhiệt độ trung bình
Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là dùng thép với các thông số
như sau:
 Hệ số dẫn nhiệt : λ =46,5 W/m.K
 Bề dày thép : δ =2mm
 Chiều dày ống : L=1 m
 Đường kính ngoài ống : dn =50 mm
 Đường kính trong của ống : dtr =46 mm
 Khói
Chọn nhiệt độ khói vào: tv =380oC, lưu lượng khói đi bên trong ống Gk
= 1kg/s

Tra thông số của khói ta được : Ck =1,145 kJ/kg.K
Lượng nhiệt tiêu hao cho quá trình sấy :


-

-

Q = L '.(H1 − H 0 ) =
-

68022,13.(149, 496 − 73,8203)
= 188, 649( KW )
7, 5796.3600

Bỏ qua lượng nhiệt tổn thất thì ta có lượng nhiệt không khí nhận bằng
lượng nhiệt khói cấp bằng lượng nhiệt Q :
Qk = Qkk = Q

-

= 188,649(KW)
Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt tìm nhiệt độ khói khi ra khỏi
calorife:
t r = tv −

-

o

C

Nhiệt độ trung bình của khói :
ttb =

-

Qk
188, 649
= 380 −
= 215,3
Ck .Gk
1,145.1

tr + tv 380 + 215,3
=
= 297, 6
2
2
o

C
Xác định hệ số cấp nhiệt của khói lò cho thành ống:
Nuk = α k


dn
λk

Hệ số dẩn nhiệt của khói : λ = 0.0461(W/m.K)

25