Đồ Án thiết kế hệ thống sấy cá bằng sấy hầm năng suất 1,2 tấn ngày (kèm bản cad)

MỤC LỤC

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 cá tươi với năng suất sản lượng đầu ra là 1,2 tấn/
ngày”. Với nhiệm vụ đó em lựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không
khí được gia nhiệt nhờ Calorifer Khí – Hơi và được quạt thổi vào.
Với sự hướng dẫn của thầy 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
1


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!
Hà nội, ngày… tháng… năm .
Sinh viên thực hiện :

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY
GIỚI THIỆU NGUYÊN VẬT LIỆU SẤY
IA. Tổng quan về phương pháp sấy
1.1. Khái niệm về phương pháp sấy

Quá trình sấy là quá trình làm khô 1 vật thể bằng phương pháp bay hơi
Đối tượng của quá trình sấy là các vật chứa ẩm, là những vật chứa một lượng chất
lỏng nhất định. Chất lỏng trong vật ẩm thường là nước một số ít vật ẩm khác chứa
chất lỏng là dung môi hữu cơ.
1.2.
•
•

•

2

Mục đích của quá trình sấy
Giảm chi phí vận chuyển (do giảm tổng khối lượng toàn khối thực phẩm).
Đồng thời giảm hao hụt trong vận chuyển do hư hỏng.
Vốn đầu tư thấp nhưng giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm:
độ dẻo, giòn, dai, màu sắc, hương vị và độ bóng sáng của sản phẩm, không nứt
nẻ, cong vênh,...
Tăng khả năng bảo quản.


•

1.3.

Sấy còn là một quá trình hoàn thiện cho một số loại sản phẩm đặc trưng (mít
sấy khô, hoa quả sấy khô,...)
Phân loại quá trình sấy

1.3.1. Phân loại theo tác nhân sấy

• Sấy tự nhiên : nhờ tác nhân chính là nắng, gió… Phương pháp này thời gian
sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu
còn khá lớn, phụ thuộc vào khí hậu.
• Sấy nhân tạo: quá trình cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng các tác nhân sấy
như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết bị
khi sấy xong. Quá trình nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.
1.3.2. Phân loại theo phương thức truyền nhiệt
• Phương pháp sấy đối lưu: Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ
một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Đây là
loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả. Trong hệ thống này người ta lại phân ra các
loại: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống
sấy tháp, hệ thống sấy khí động...
• Phương pháp sấy bức xạ: Trong phương pháp này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ
một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ
bề mặt khuếch tán vào môi trường. Rõ ràng, trong hệ thống sấy bức xạ, người
ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu và môi trường chỉ
bằng cách đốt nóng vật.
• Phương pháp sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Trong
các hệ thống sấy tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp nhờ tăng phân
áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy. Chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô,
hệ thống sấy tang...
• Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: Nguồn nhiệt cung cấp cho
vật sấy nhờ dòng điệ cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật
nóng lên.
• Phương pháp sấy thăng hoa: Hệ thống sấy lạnh mà trong đó ẩm trong vật liệu
sấy ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy thường gọi là sấy
thăng hoa, trong hệ thống này người ta tạo ra môi trường trong đó nước trong
vật liệu sấy ở điểm ba thể. Nghĩa là nhiệt độ của vật liệu ở T< 273K và áp suất
tác nhân sấy bao quanh vật liệu P <610 Pa. Khi đó nếu vật liệu sấy nhận được
3

•

•

nhiệt lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi
nước đi vào tác nhân sấy. Như vậy trong các hệ thống sấy thăng hoa, một mặt
ta phải làm lạnh vật xuống 0°C, mặt khác tạo chân không xung quanh vật liệu
sấy.
Phương pháp sây tầng sôi: Nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào
buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau 1 thời gian nhất định hạt khô được
tháo ra ngoài.
Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy sản phẩm dạng lỏng.

1.3.3. Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy
• Sấy mẻ : vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần đến khi
hoàn tất sẽ được tháo ra.
• Sấy liên tục : vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu
ấm qua buồng sấy cũng liên tục.
• Loại thổi qua bề mặt.
• Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu.
1.4. Thiết bị sấy
1.4.1. Thiết bị sấy hầm:
• Được dùng khá rộng rãi trong công nghiệp, dùng để sấy các vật liệu dạng hạt,
cục, lát…với năng suất cao, dễ dàng cơ giới hóa.
• Vật liệu sấy được đưa vào và lấy ra gần như liên tục.
• Hầm sấy thường dài từ 10-15m hoặc lớn hơn, chiều cao và chiều ngang phụ
thuộc vào xe goòng và khay tải vật liệu sấy, xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt
hoặc không.

• Thiết bị chuyền tải thường là xe goong hoặc băng tải.
• Tác nhân sấy: Chủ yếu là không khí nóng.
• Calorife dùng để gia nhiệt cho không khí thường là calorife khí-hơi hoặc khíkhói lò tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước hay khói lò, thường được
bố trí trên nóc hầm sấy. Có 2 cách đưa tác nhân sấy hầm từ trên xuống hoặc
đưa vào từ 2 bên
1.4.2. Thiết bị sấy buồng
• Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm.
• Làm việc theo chu kỳ.
4


•
•
•

•

•

Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản
xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không.
Dung lượng: Từ vài → vài , nhỏ.
Tác nhân sấy: Thường là không khí nóng hoặc khói lò ( không khí được đốt
nóng nhờ Calorife điện hoặc Calorefe khí-khói. Calorife được đặt dưới các
thiết bị đỡ vật liệu hoặc 2 bên sườn buồng sấy ).
Cấu tạo đơn giản dễ vận hành không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất
không cao, khó cơ giới hóa, vốn đầu tư không đáng kể, do đó thiết bị buồng
sấy thích hợp với các xí nghiệp bé, lao động thủ công là chính, chưa có điều
kiện kinh phí để xây dựng các thiết bị sấy khác có năng suất cao, dễ cơ giới
hóa.

Nhược điểm là năng suất nhỏ.

1.4.3. Thiết bị sấy tháp
• Hệ thống máy sấy gồm calorife hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn
với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác.
• Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với
chiều rộng và chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và
thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy. Tác nhân sấy từ kênh dẫn
gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và
nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài. Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi
nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều, vừa cắt ngang
và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các
bề mặt đó. Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên)
xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zích zắc trong tháp sấy.
• Các loại máy sấy tháp phổ biến:
 Máy sấy tháp tam giác.
 Máy sấy tháp tròn.
 Máy sấy tháp hình thoi.
• Là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu,… có độ
ẩm không lớn lắm.
• Trong thiết bị sấy tháp nhiệt lượng vật liệu sấy gồm có hai thành phần:
 Thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối hạt
 Thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với
chính lớp vật liệu nằm trên đó.
5




Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và kênh thải ẩm có một ý nghĩa đặc biệt

đến sự dịch chuyển cuả lớp hạt và độ sấy đồng đều của sản phẩm. Nói cách
khác, nó góp phần tăng năng suất thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.4.4. Thiết bị sấy thùng quay:
• Thiết bị sấy thùng quay cũng là thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu
dạng hạt hoặc bột nhão, cục nhưng có thể có độ ẩm ban đầu lớn, và khó tự dịch
chuyển nếu dùng thết bị sấy tháp.
• Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là một trụ tròn đặt nằm nghiêng một
góc với mặt phẳng nào đó cố định hoặc không đổi.
• Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy. Có
thể đạt trong khoảng.
• Tác nhân sấy chủ yếu của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng
hoặc khói lò. Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu
sấy.
• Thiết bị thùng quay không nên làm việc ở áp suất dương.
1.4.5. Thiết bị sấy khí động
• Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than, cám, cỏ, hoặc
rau băm nhỏ, các tinh thể,…
• Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò.
• Phần chính là một ống thẳng, vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò
cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống.
• Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy, kích thước, khối lượng
riêng của hạt, có thể đạt tới 10-40 mm/seek.
• Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt, điều kiện vệ
sinh công nghiệp khó thực hiện tốt và có khả năng gây nguy hiểm nếu vật liệu
có thể gây cháy hoặc nổ
1.4.6. Thiết bị sấy tầng sôi
• Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt cục.
• Ưu điểm:
 Cường độ sấy lớn có thể đạt hàng trăm kg ẩm/m3

 Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều.
• Nhược điểm:

6





Tiêu tốn năng lượng khá lớn để tạo áp lực đáng kể để duy trì trạng thái
“sôi” của vật liệu.
Cấu tạo phức tạp.

1.4.7. Thiết bị sấy phun
• Chuyên dùng để sấy các dịch thể. Dùng để sấy các sản phẩm dạng bột hòa tan
như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan…
• Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, là một tháp hình trụ.
• Dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng với tác
nhân tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện.
1.5.

Tác nhân sấy

1.5.1. Định nghĩa
• Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy.
• Nhiệm vụ:
 Gia nhiệt cho vật sấy
 Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường
 Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt
1.5.2. Không khí nóng

• Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất.
• Ưu điểm:
 Rẻ, có sẵn trong tự nhiên
 Có thể dùng hầu hết cho các loại sản phẩm
 Không độc, Không làm ô nhiễm sản phẩm
• Nhược điểm:
 Cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí (calorife khí-hơi hay khíkhói).
 Nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao (thường <5000). Vì nếu nhiệt
độ cao hơn làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu
như thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao.
1.5.3. Khói lò
• Ưu điểm:
 Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hàng nghìn .
 Không cần calorife.
7


•

Nhược điểm: Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy, chỉ dùng cho các vật liệu
không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ.

1.5.4. Hơi quá nhiệt :
Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy
là chất dễ cháy nổ.
1.5.5. Hỗn hợp không khí và hơi nước
1.6. Nguồn nhiên liệu
• Mục đích: để gia nhiệt cho không khí
• Điện (calorife điện)

•

Ưu điểm
Thiết bị gọn nhẹ, sạch sẽ,dễ điều chỉnh Chi phí lớn
nhiệt độ của tác nhân.
Nhiên liệu (than, củi……) (calorife khí-khói)

Nhược điểm

Ưu điểm
Rẻ, thiết bị đơn giản

Nhược điểm
Cồng kềnh
Khó điều chỉnh tác nhân
Bẩn

IB : GIỚI THIỆU NGUYÊN VẬT LIỆU SẤY
1.7. Tính chất nguyên liệu cá
Nguyên liệu đầu vào của Hệ Thống Sấy là Cá Thu.
•
•

8

Cấu Trúc: Cá là một hệ keo đặc được tạo nên từ các màng ngăn, các sợi và nội
mạc.
Đặc điểm hóa học của Cá: Thành phần hóa học của Cá phụ thuộc vào từng
vùng đánh bắt, thời gian đánh bắt trong năm và kích cỡ lớn nhỏ của Cá.
 Nước: Trung bình chiếm từ 55-85% đóng vai trò, chức năng quan

trọng trong đời sống và chất lượng cá.
 Protein: Chia làm 3 nhóm cơ bản gồm: Nhóm hòa tan trong nước,
nhóm hòa tan trong dịch muối và cuối cùng là nhóm hòa tan trong cả dịch
muối và nước.







Chất béo: Chia làm 2 nhóm gồm: Chất béo trung bình và Lipoit.
Gluxit.
Muối khoáng.
Vitamin.

Cá Thu là một loại động vật ít mỡ, có độ ẩm từ 75-80%. Khi cá chết thì với độ ẩm
như vậy sẽ là môi trường thuận lợi cho các loại vi khuẩn phát triển, gây ra hiện tượng
thối rữa, ảnh hưởng đến môi trường và chất lượng sản phẩm.
Nếu ta làm giảm độ ẩm xuống còn 35-40% thì sẽ ngăn cản được một số loại vi
khuẩn. Nếu độ ẩm chỉ còn 10-12% thì hầu như các loại vi khuẩn không còn phát triển
được nữa. Ngoài các yếu tố trên thì nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình thối rữa
và phân hủy của Cá.
Cá Thu là loại Cá có ít mỡ, tra bảng ra ta được nhiệt dung riêng của Cá Thu là C =
3, 62 kJ/kg. Thực tế khi sấy thì do lượng ẩm trong Cá luôn thay đổi và giảm vì vậy
giá trị nhiệt dung riêng ở trên cũng không phải là luôn không đổi, tuy nhiên giá trị
này chỉ để phục vụ mục đích tính toán tổn thất nhiệt do VLS mang đi nên ta có thể
chấp nhận giả thiết coi nhiệt dung riêng của Cá là không đổi và luôn bằng giá trị lớn
nhất.
1.8. Tổng quan về công nghệ sấy Cá

1.8.1. Tình hình sấy thủy sản ở nước ta hiện nay
Việt nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư trường đánh bắt cá rất rộng. Sản
lượng tôm cá hàng năm rất lớn. Cũng giống như các nước kém phát triển khác thì
một phần sản lượng không nhỏ được chế biến dưới dạng khô, biện pháp chủ yếu vẫn
là phơi nắng truyền thống, dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc thực phẩm cho con
người, phương pháp này rất bị động khi thời tiết biến động, chất lượng sản phẩm thấp
và gây ô nhiễm môi trường. Nhu cầu sấy cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta
hiện nay. Cá đánh bắt được tiêu thụ trong nước không hết cần phải được sấy khô để
xuất khẩu bán ra các nước khác. Hiện nay có rất nhiều hãng lớn trên thế giới cũng
đã tiếp xúc với thị trường máy nông nghiệp trong đó có máy sấy nông sản và cụ thể
là máy sấy cá, họ đem đến giới thiệu và chào hàng những dây chuyền hiện đại, năng
suất lớn và hoàn toàn tự động chỉ phù hợp với quy mô công nghiệp. Trong khi đó ở
Việt nam do đặc thù của nền kinh tế là sản xuất không tập trung, nhỏ lẻ và phân tán
9


và quan trọng là chi phí đầu tư cho những dây chuyền như vậy rất đắt dẫn đến gây
khó khăn cho nông dân hoặc các hộ kinh tế gia đình cá thể hay các doanh nghiệp vừa
và nhỏ muốn đầu tư trang bị.
Vì vậy cần phải nghiên cứu chế tạo ra những hệ thống sấy phù hợp với điều kiện
của nước ta, nhưng vẫn phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm
chi phí trong quá trình đầu tư, vận hành và bảo dưỡng.
1.8.2. Công nghệ sấy Cá
a) Chọn và xử lý Cá
•

•

•

Tiêu chuẩn Chọn Cá:
 Cá dùng để sấy phải đảm bảo tươi, thịt cứng, trọng lượng mỗi con vào
khoảng 200gam/con.
 Cá còn nguyên vẹn không bị tổn thương.
 Cá không bị dịch bệnh hoặc có nguồn gốc xuất xứ từ những vùng mắc dịch
bệnh.
 Cá có mùi tanh tự nhiên.
Quá trình xử lý Cá:
 Tiến hành vệ sinh Cá bằng nước sạch.
 Dùng dao mổ bụng cá nhằm loại bỏ những thành phần không cần thiết như
nội tạng, bỏ vây…
 Cắt bỏ đầu , xương, vẩy…
 Rửa sạch Cá một lần nữa trước khi sấy Cá.
Yêu cầu cảm quan về thành phẩm:

Trong quá trình sấy phải đảm bảo không làm mất chất tức là phải giữ được mùi vị
của Cá.




Về màu sắc: Đảm bảo màu sắc tự nhiên của Cá, không bị dính cát sạn.
Về mùi, vị: Mùi thơm tanh tự nhiên của cá và không có mùi lạ, Cá phải có
vị ngọt không mặn.
Về trạng thái: Cá khô, mình còn nguyên. Hàm lượng từ 13-15%, có hàm
lượng muối từ 1-2%.

b) Công nghệ sấy Cá khô

10

Ta lựa chọn công ghệ sấy là công nghệ sấy hầm vì phù hợp với tính chất của vật
liệu sấy và yêu cầu về năng suất không quá lớn nên lựa chọn công nghệ sấy hầm là
hợp lý cả về yêu cầu công nghệ với hiệu quả kinh tế, với tác nhân sấy là không khí
được gia nhiệt nhờ đi qua Calorifer dạng khí -hơi không khí có nhiệt độ vào khoảng
80 - 95 , được quạt thổi cưỡng bức vào hầm sấy. Vận tốc của dòng không khí nóng
phụ thuộc vào lượng ẩm thoát ra trong một đơn vị thời gian.
Để tiến hành sấy Cá làm cho độ ẩm của Cá giảm xuống còn khoảng 10-12% thì
nguyên liệu đầu vào là cá đã được làm sạch sẽ được xếp lên các khay sắt, các khay
sắt được sắp xếp theo trật tự trên các xe goòng rồi đưa vào buồng sấy. Lượng ẩm sau
khi thoát ra được thải ra môi trường.
Quy trình phân loại, lựa chọn và sấy Cá khô:

Hình 1.1: Quy trình công nghệ Sấy Cá khô

11


CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP, DẠNG VÀ
CHẾ ĐỘ SẤY
2.1. Các yêu cầu đặt ra của việc thiết kế
2.1.1. Lượng ẩm cần bay hơi tính theo giờ
Với nguyên liệu là Cá đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm = 78 và yêu cầu của sản
phẩm sấy đầu ra có độ ẩm là = 12.
Với thời lượng làm việc của một ngày là 20 giờ (bao gồm tất cả các việc như tháo
và chất tải…). Do đó ta có trong 1h thì lượng sản phẩm đầu ra là:
G2 = = 60 kg/h
Do vậy khối lượng vật liệu ẩm vào hầm sấy tính theo giờ là:
G1 = . G2 = . 60 = 240 kg/h

Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h :
W = G1 G2 = 240 60 = 180 kg ẩm/h
2.1.2. Lựa chọn phương pháp sấy
Do sản phẩm sấy là Cá tươi và 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 Cá, 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.
Không khí ngoài trời qua Calorifer khí- hơi. Không khí được gia nhiệt lên đến
nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào buồng sấy.
Trong không gian buồng sấy không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt- ẩm với vật
liệu sấy là Cá tươi làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm
hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài. Không khí này sau đó được thải ra môi
trường.
2.1.3. Chọn chế độ sấy
Với hệ thống sấy buồng và vật liệu sấy là Cá. Ta sẽ gia nhiệt cho không khí lên
đến nhiệt độ = 65 (lựa chọn theo yêu cầu công nghệ).
12


Nhiệt độ của không khí ra khỏi buồng sấy ta lựa chọn là = 31 (lựa chọn không
được quá thấp tránh hiện tượng đọng sương bên trong buồng sấy khi không khí bị
quá bão hòa).
Ta sử dụng sơ đồ sấy không hồi lưu.

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ
THỐNG SẤY HẦM
IIIA- QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
3.1. Các thông số của không khí trong hệ thống
3.1.1. Thông số của không khí ngoài trời

Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là = 20 ; = 85
ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau:
•
13

Phân áp suất bão hòa Pbh của hơi nước ứng với t0 = 20 :


Pbh = exp (12,00 )
Tại t0 = 20 : Pbh = exp (12,00 ) 0.0233 bar
•

Lượng chứa ẩm do ( kg ẩm/kgkk) :

d0 = 0,621.
d0 = 0,621. 0,0127 (kg ẩm/kgkk)
•

Entanpy I0 (kJ/kgkk) của không khí :

I0 = 1,004.t0 + d0.(2500 + 1,842.t0)
Tại t0 = 20 I0 = 1,004. 20 + 0,0127.(2500 + 1,842.20) 52,3 (kJ/kgkk)


Như vậy không khí ngoài trời (0) có :

t0 = 20 ; =85%; I0 = 52,3 kJ/kgkk; d0 =0,0127 kg ẩm/kgkk.
3.1.2. Thông số của tác nhân sấy sau Calorifer :
• Lượng chứa ẩm d1 :
d1 = d0 = 0,0127 kg ẩm/ kgkk

•

Entanpy I1 :

I1 = 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842. t1)
Tại t1 = 65 : I1 = 1,004.65 + 0,0127.( 2500 + 1,842.65) 98,53 (kJ/kgkk)
•

Áp suất bão hòa Pbh ứng với t1 = 65 là

Pbh1= exp(12,00) 0,247 bar
•

Độ ẩm tương đối :

= .100%= .100% 8,1%


Thông số tác nhân số sau Calorifer (1) :

t1=65 ; =8,1% ; I1= 98,53 kJ/kgkk ; d1 = 0,0127 kg ẩm/kgkk
14


3.1.3. Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết :
• Entanpy I20 :
I20 =I1 = 98,53 kJ/kgkk
•

Lượng chứa ẩm d20 :

d20 = = 0,0264 (kg ẩm/kgkk)
•

Áp suất bão hòa Pbh20 ứng với t2= 31 :

Pbh20 = exp ( 12,00 ) 0,0447 bar
•

Độ ẩm tương đối :

= .100%= .100% 90,62%
Với độ ẩm tương đối = 90,62% thỏa mãn điều kiện để vừa tiết kiệm nhiệt lượng do
tác nhân sấy vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương mà chúng ta đã đặt ra
=(905)%


Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết (3) :

t2 = 31 ; d20 = 0,0264 kg ẩm/kgkk ; = 90,62% ;
I20 = 98,53 kJ/kgkk
3.2. Lưu lượng không khí khô lý thuyết
• Lượng không khí khô lý thuyết lưu chuyển trong thiết bị sấy :
= = 73 kgkk/kg ẩm
= W. = 73.180 = 13140 kgkk/h
Đổi đơn vị :
1Pa = 1N/m2 = 0,981 kg/m.s2 = 10-5 bar
745 mmHg = 97438 kg/m.s2
0,247 bar = 24230,7 kg/m.s2
15

0,0447 bar = 4385,07 kg/m.s2
•

Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy (điểm B) có t1= 65 ;= 8,1% ; Pbh1= 0,247
bar

Thể tích của không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô :
vB = = = 1,247 m3/kgkk
Do đó : VB = vB.L0 = 1,247.13140 = 16385,58 m3/h
•

Tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết (điểm C) có : t2= 31 ; = 90,62% ;
Pbh20= 0,0447 bar

Thể tích của không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô :
vC0 = = 0,933 m3/kgkk
Do đó : VC0 = L0.vco = 13140.0,933 = 12259,62 m3/h
•

Lưu lượng thể tích trung bình :

V0 = = = 14322,6 m3/h = 3,9785 m3/s
3.3. Xác định kích thước của thiết bị sấy (Khay sấy, xe goòng, hầm sấy)
Để đáp ứng yêu cầu về năng suất. Thiết bị sấy của ta lựa chọn là Hầm sấy.Vật liệu
sấy là cá tươi được chất lên các khay và các khay được chất lên các xe goòng để đẩy
vào hầm sấy. Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đưa xe goòng ra ngoài.
Kích thước khay sấy :
Khay sấy dùng để xếp vật liệu sấy(cá tươi miếng dầy khoảng 40mm). Khay sấy

chế tạo từ inox , tạo hình phương pháp dập nhôm tấm bản có kích thước dày 1mm,
kích thước khay sấy là : 770*580*40
3.3.1.

Khối lượng mỗi khay sấy khoảng 1,5 kg/ khay.
Với kích thước như vậy khi ta chất vật liệu sấy (cá tươi ) thành 1 lớp trên bề mặt
lưới thì trên mỗi khay cho phép chất lên từ 10-12 miếng cá tươi với trọng lượng mỗi
miếng cá tươi gram. Thì trên mỗi khay cho phép chứa 4,5-5,4 kg.
16


Ta lựa chọn trên mỗi khay sấy cho phép chất lên là 5kg.
Thời gian sấy = 8h
Số khay cần được chế tạo là : N = = 384 khay.
Kích thước xe goòng :
Xe goòng được chế tạo từ khung inox không gỉ, các thanh inox rỗng có tiết diện
25*25 mm , dày 1,5 mm được hàn lại với nhau. Trên mỗi xe đặt 24 khay, mỗi khay
chứa 5 kg vật liệu sấy, các khay được xếp trên mỗi tầng. Khay đặt với khoảng cách là
100 mm để đảm bảo lưu thông của tác nhân sấy ( không khí nóng ) được dễ dàng.
Dưới các chân của xe có bố trí các bánh xe có = 75 mm để có thể trượt được trên 2
thanh ray lắp bên trong hầm sấy.
3.3.2.

Xe goòng được chế tạo kích thước 1200*850*1650 (mm)
Với kết cấu xe như vậy khối lượng của mỗi xe vào khoảng 25 kg/ xe
Khối lượng vật liệu sấy trên mỗi xe là : 24.5 = 120 kgVLS/ xe
Với thời gian sấy = 8h , do đó số xe goòng cần thiết là :
n = = 16 xe gòong
Kích thước hầm sấy :
Hầm sấy : Vật liệu sấy là cá tươi được chất lên các khay và các khay được chất lên

các xe goòng để được đẩy vào hầm sấy. Sau khi sấy xong thì mở cửa hầm và đưa xe
goòng ra ngoài ( quá trình sấy bán liên tục, cứ 30 phút lấy 1 xe ra và cho 1 xe mới
vào ).
3.3.3.

•
•
•
•

17

Chiều rộng của hầm Bh : Bh = Bx+ 100 = 1200 + 2.100 =1400 mm
Chiều cao của hầm Hh : Hh = Hx +150 = 1650 + 150 = 1800 mm
Chiều dài của hầm Lh : Lh = n. Lx + 2.1000 = 16. 850 + 2.1000 = 15600 mm
Hầm sấy được xây bằng gạch đỏ có chiều dày = 250 mm. Gồm lớp thép chiều
dày = 5mm có hệ số dẫn nhiệt = 0,5 W/m.K . Ở đoạn 10800 mm cuối trần
hầm sấy lớp bông cách nhiệt có chiều dày = 200 mm có hệ số dẫn nhiệt =
0,058 W/m.K . Ở đoạn 4800 mm có lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày = 150
mm có hệ số dẫn nhiệt = 0,058 W/m.K, lớp bê tông có chiều dày = 50 mm có
độ dẫn nhiệt = 1,55 W/m.K


•
•

Chiều rộng phủ bì B : B = Bh + 2. = 1400 + 2.250 = 1900 mm
Chiều cao phủ bì H : H = 2005 mm

IIIB- QUÁ TRÌNH SẤY THỰC

Tổng các tổn thất nhiệt trong hệ thống sấy
Khi vận hành làm việc hầm sấy thì tổn thất nhiệt của HTS bao gồm các tổn thất
sau:
3.4.

•

Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:

Qv (kJ / h ); qv (kJ / kg ẩm).
•

Tổn thất do thiết bị truyền tải (khay sấy, xe goòng):

QTBCT ( kJ / h ); qTBCT ( kJ / kg ẩm)
•

Tổn thất ra môi trường của kết cấu bao che:

Qmt ( kJ / h ); qmt (kJ / kg ẩm ).
Ta lần lượt xác định các tổn thất này như sau:
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi :
Qv (kJ/h) ; qv (kJ/kg ẩm).
3.4.1.

Theo kinh nghiệm vận hành hệ thống sấy với sản phẩm là nông sản thực phẩm thì
sản phẩm sấy đi ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của tác nhân sấy đi
vào tương ứng 5 10. Trong hệ thống sấy, tác nhân sấy và dòng vật liệu sấy chuyển
động ngược chiều do đó vật liệu sấy đi ra có nhiệt độ là :
tv2 = t1 10 = 65 10 = 55

Nhiệt độ vật liệu sấy đi và đúng bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = t0 = 20.
Nhiệt dung riêng của cá khô là : Cvk = 3,62 kJ/kg.K . Với sản phẩm đầu ra là cá khô
có độ ẩm =12%. Do đó nhiệt dung riêng của cá đi ra khỏi hầm sấy là :
18


Cv2 = Cvk.( 1 ) Ca. = 3,62. ( 1 0,12 ) 4,18.0,12 =3,6872 kJ/kg.K
Do vậy, tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi bằng :
Qv = G2. Cv2.( tv2 tv1 ) = 60.3,6872.(5520) = 7743,12 kJ/h
qv = = = 43,0173 kJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải :
QTBCT (kJ/h) ; qTBCT (kJ/kg ẩm).
3.4.2.

Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi vào hầm sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường :
tk1 = tx1 = t0 = 20.
Nhiệt độ của khay sấy và xe goòng khi đi ra khỏi hầm sấy lấy gần bằng nhiệt độ tác
nhân sấy đi vào hầm sấy : tk2 = tx2 = t1 = 65
Khay sấy và xe goòng có khối lượng lần lượt là :
Gk = 1,5 kg/khay ; Gx = 25 kg/ xe.
Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo xe (inox) và khay (nhôm) là :
Cx = 0,42 kJ/kg.K ; Ck = 0,86 kJ/kg.K
Số lượng khay sấy là N = 384 khay. Thời gian sấy = 8h
Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi là :
Qk = = = 2786,4 kJ/h
qk = = = 15,48 kJ/kg ẩm
Số lượng xe goòng là n= 16 xe. Thời gian sấy là =8h
Tổn thất nhiệt do xe goòng mang đi là :
Qx = = = 945 kJ/h
qx = = = 5,25 kJ/kg ẩm

Tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải :
19


qTBCT = qx qk = 5,25 15,48 = 20,73 kJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt ra môi trường của kết cấu bao che :
Qmt (J/h); qmt (kJ/kg ẩm).
3.4.3.

Với kết cấu xây dựng của hầm sấy như đã thiết kế ta có :
Tiết diện tự do của tác nhân sấy đi trong hầm là :
Ftd = Fh Fk = Bh.Hh 2.12.Lk.Hk = 1,4.1,8 2.12.0,58.0.04 = 1,9632
Do đó tốc độ tác nhân sấy tối thiểu sẽ bằng :
w0 = = 2,03 m/s
Vì lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưu lượng tác nhân
sấy trong quá trình sấy lý thuyết nên tốc độ tác nhân sấy giả thuyết để tính toán các
tổn thất cũng phải lớn hơn w0
Giả sử ta lấy w = 2 m/s ( Kiểm tra lại giả thuyết này sau khi đã tính được lưu
lượng thể tích thực tế ).
Tổn thất qua kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và bao
gồm các thành phần sau :
•
•
•

Tổn thất qua 2 tường bên :QT (kJ/h) ; qT (kJ/kg ẩm)
Tổn thất qua nền : QN ( kJ/h ) ; qN ( kJ/ kg ẩm)
Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm : QC ( kJ/h ) ; qc ( kJ/ kg ẩm )

Do đó : qmt = qT qN qc (kJ/kg ẩm)

Các tổn thất này được xác định qua cùng 1 dạng biểu thức sau
Q = K.F. (ttb t0 )
Trong đó :
ttb : Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong hầm
ttb = = = 48
t0: Nhiệt độ môi trường t0 = 20
20


F : Diện tích của các bề mặt tính tổn thất tương ứng
K : Hệ số trao đổi nhiệt K = W/m2.K
; : 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 tường của hầm sấy với
môi trường.
a.

Tổn thất qua 2 tường bên : QT (kJ/h) ; qT (kJ/kg ẩm)

Tường xây bằng gạch ( tường 20) dày = 250 mm và hệ số dẫn nhiệt λ1 = 0,77
W/m.K
Chúng ta xem tác nhân sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ w = 2 m/s
và không khí phía ngoài đối lưu tự nhiên chảy rối.
Hệ số cấp nhiệt được tính gần đúng theo công thức kinh nghiệm :
Khi tốc độ w 5 m/s : = 6,15 4,17.w
Với w = 2 m/s thì = 6,15 4,17.2 = 14,49 W/m2.K
Nhiệt độ mặt trong tường tw1 ; nhiệt độ mặt ngoài tường tw2.
Giả sử nhiệt độ mặt trong tường tw1 = 45,05
Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và mặt trong của
tường :
q1 = . ( ttb tw1 ) W/m2

q1 = 14,49 . ( 48 – 45,05) = 42,7455 W/m2
Truyền nhiệt đẳng nhiệt: q = q1 = q2 = q3 = 42,7455 W/m2
Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt :
q2 = .( tw1 tw2 ) tw2 = tw1 q2. = 45,05 42,7455. = 31,172
Không khí bên ngoài chuyển động đối lưu tự nhiên và chảy rối :
= 1,715. W/m2.K
21


Mật độ dòng nhiệt do đối lưu từ mặt ngoài của tường với không khí xung quanh :
q3 = 1,715. = 1,715. = 42,798 W/m2
Ta nhận thấy q1 q3 ( Sai số : .100% 0,123% 5% Kết quả chấp nhận được ).
Vậy :
= 14,49 W/m2.K
= 1,715.(31,172 20 )0,333 3,83 W/m2.K
Hệ số truyền nhiệt :
K = = = 1,527 W/m2.K
Tổn thất nhiệt qua 2 tường bên là :
QT = K.F.t = 1,527.2.15,6.2,005.(4820) = 2674,64 W = 9628,72 kJ/h
qT = = = 53,49 kJ/kg ẩm
b.

Tổn thất nhiệt qua trần :

Với bề mặt nóng quay lên như trần hầm sấy thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu = 1,3.
= 1,3.3,83 = 4,979 W/m2.K
Trần hầm sấy gồm lớp thép CT3 dày = 5 mm có hệ số dẫn nhiệt = 0,5 W/m.K và
lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh = 200 mm có hệ số dẫn nhiệt = 0,058 W/m.K , dài
=10800 mm và phần chiều dài = 4800 mm có lớp bông thủy tinh dày = 150 mm có
hệ số dẫn nhiệt = 0,058 W/m.K và lớp bê tông dày = 50 mm có hệ số dẫn nhiệt =

1,55 W/m.K.
Hệ số truyền nhiệt : = = 0,268 W/m2.K
= ..t = 0,268.10,8.1,9.(4820) = 154 W 554,4 kJ/h
= = 3,08 kJ/kg ẩm.
Hệ số truyền nhiệt :
= = = 0,35 W/.K
22


= . . = 0,35.4,8.1,9.(48 20) = 89,376 W = 321,7536 kJ/h.
= = = 1,788 kJ/kg ẩm.
c.

Tổn thất qua nền :

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy là 48 và giả sử tường hầm sấy cách tường
bao che của phân xưởng là 2 m.
Theo số liệu thực nghiệm ( bảng 7.1 sách Thiết kế hệ thống sấy PGS.TS Trần Văn
Phú ) ta có tổn thất qua nền bằng :
Qn = Fn.q = 15,6.1,9.33,45 = 991,46 W = 3569,25 kJ/h
qn = = 19,83 kJ/kg ẩm
d.

Tổn thất qua cửa :

Hai đầu hầm sấy có cửa làm bằng thép dày = 5 mm , có hệ số dẫn nhiệt = 0,5
W/m.K
Do đó hệ số truyền nhiệt qua cửa :
Kc = = = 2,94 W/m2.K
Cửa phía tác nhân sấy có độ chênh lệch nhiệt độ (t1 t0) còn cửa kia có độ chênh

lệch nhiệt độ (t2t0)
Qc = Kc.2.Fc.((t1 t0)(t2t0)) = 2,94. 2.1,4.1,8. (65203120)
= 829,7856 W = 2987,23 kJ/h
qc = = = 16,6 kJ/kg ẩm
Như vậy tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che là :
qmt = qT qtr qn qc = 53,493,081,78819,83 16,6 = 94,788 kJ/kg ẩm
: Nhiệt lượng bổ sung chung trừ cho nhiệt lượng tổn thất chung.
= Ca.tv1 qvqTBCTqmt = 4,18.20 43,017320,7394,788
= 74,9353 kJ/kg ẩm
23


Tính toán quá trình sấy thực :
Ta lần lượt xác định các thông số của TNS ở các điểm nút trong quá trình sấy thực
như sau:
3.5.

Thông số của không khí sau thiết bị sấy (thông số không khí thải ra ngoài) ( )
I2 = I1 = 98,53 = 97,5 kJ/kg ẩm
d2 = = = 0,026 kg ẩm/kgkk
= = .100% = 89,3%
So với điều kiện = (905)% là thỏa mãn điều kiện t2 = 31 là hợp lý.
3.6.

Lưu Lượng không khí khô thực tế cần dùng
l = = = 75,188 kgkk/kg ẩm

Lượng không khí khô cần thiết trong 1h là :
L = l.W = 75,188.180 = 13533,84 kgkk/h
vB = 1,247 m3/kgkk

vC = = = 0,933 m3/kgkk
Do đó :
VB = L.vB = 13533,84.1,247 = 16876,7 m3/h
VC = L.vC = 13533,84. 0,933 =12627,073 m3/h
Lưu lượng thể tích trung bình :
V = = = 14751,8865 m3/h = 4,098 m3/s
Do đó tốc độ tác nhân sấy trong hầm sẽ bằng :
w = = = 2,057 m/s
Ở trên ta chọn vận tốc tác nhân trong hầm là 2 m/s. Sai số = 2,85%

24


Nhiệt lượng cần cung cấp cho TNS từ Calorifer và lập bảng cân bằng
nhiệt của HTS :
Nhiệt lượng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ calorifer (nhiệt lượng tiêu hao) :

3.7.

q = l.(I1 I0 ) = 75,188.(98,5352,3) = 3475,94 kJ/kg ẩm
Q = q.W = 3475,94.180 = 625669,2 kJ/h =173,797 kW
Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1kg ẩm là :
q1 = i2 Ca.tv1 = (25001,8.31)4,18.20 =2472,2 kJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi :
q2 = l.(Cpk d0.Cpa).(t2t0) = 75,188.(1,0040,0127.1,842).(3120) = 849,724 kJ/kg ẩm
Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất :
q’ = q1 + q2 + qv + qTBCT + qmt = 2472,2 + 849,724 + 43,0173 + 20,73 + 100,173 =
3485,8443
Có thể thấy rằng nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất
q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên, do trong quá trình tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc

do sai số tổng tính toán các tổn thất mà chúng ta đã phạm phải một sai lầm nào đó. Ở
đây sai số tuyệt đối :
= = 0,285%
Bảng cân bằng nhiệt của HTS :

STT
1
2

Ký hiệu kJ/kg ẩm
q1
2472,2
q2
849,724

%
71,12
24,45

qv

43,0173

1,24

4

Đại lượng
Nhiệt lượng có ích
Tổn thất nhiệt do tác nhân

sấy
Tổn thất nhiệt do vật liệu
sấy
Tổn thất nhiệt do TBCT

qTBCT

20,73

0,59

5

Tổn thất ra môi trường

qmt

100,173

2,88

3

25