Đồ án thiết kế hệ thống sấy buồng khoai tây

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 3
PHẦN I.TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
1. Nghiên cứu tính chất của vật liệu sấy ………………………………………..4
2. Khái niệm chung về sấy .................................................................................. 6
2.1 Định nghĩa ................................................................................................ 6
2.2 Phân loại ................................................................................................... 4
2.3 Nguyên lý của quá trình sấy ...................................................................... 7
2.4 Tác nhân sấy ............................................................................................. 7
2.5 Thiết bị sấy ................................................................................................ 8
3. Giới thiệu về hệ thống buồng sấy .................................................................... 9
PHẦN II. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY ....................................... 11
Chương I.Tính toán các thông số của vật liệu………………..…………………….12
Chương II. Tính toán quá trình sấy lý thuyết…………………...………………….13
1. Giai đoạn I …………………………………………………….……………13
2. Giai đoạn II …….…………………………………………………………..16
3. Giai đoạn III ……………………..…………………………………………19
Chương III. Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị …………………………..22
Chương IV. Tính toán quá trình sấy thực tế ………………………………………24
1. Giai đoạn I …………………………………………..……………………….24
2. Giai đoạn II ……………………….…………………………………………28
3. Giai đoạn III …………………………………………………………………32
Chương V . Tính toán chọn Calorife ………………………………………………36
1. Công suất nhiệt của Calorife………………………………..………………36
2. Tiêu hao hơi nước ở Calorife ……………………………………………….37
3. Xác định bề mặt truyền nhiệt của Calorife …………………………………37
Chương VI . Tính toán khí động , chọn quạt gió ……………………….………….42

LỜI KẾT ……………………………………………………………………….....43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………...44

2


LỜI MỞ ĐẦU
Với lợi thế tài nguyên thiên nhiên lớn , Việt Nam là một trong những quốc gia
phát triển nhanh nhất bắt đầu từ nông nghiệp . Trong những năm gần đây nền nông
nghiệp nước ta đã đạt được những thành tựu to lớn . Ngoài việc đáp ứng nhu cầu
tiêu dùng nội địa , nước ta đã bắt đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm
của chúng . Do đó việc ứng dụng các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan
trọng . Trong đó , công nghệ sấy là khâu quan trọng sau quá trình thu hoạch , chế
biến bảo quản nông sản .
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong quá trình sản xuất và đời
sống thực tế . Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi
vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ . Nó đòi hỏi sau khi sấy
vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao , tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành
thấp . Để thực hiện quá trình sấy người ta có thể sử dụng một số loại thiết bị như:
sấy thùng quay, hầm sấy , sấy sàn rung ,tháp sấy , buồng sấy … có thể là thiết bị
đốt nóng tác nhân hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân . Chúng ta gọi hệ
thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy .
Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất . Hệ thống sấy
buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và có thể tổ chức cho tác nhân
sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức .
Sấy nông sản là quy trình công nghệ phức tạp . Nó có thể thực hiện trên những
thiết bị sấy khác nhau . Ứng với mỗi loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích
hợp nhằm đạt năng suất cao , chất lượng sản phẩm sấy tốt và tiết kiệm năng lượng .
Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc
sấy sản phẩm là khoai tây . Với nhiệm vụ đó , em lựa chọn công nghệ sấy buồng
với tác nhân là không khí được gia nhiệt và nhờ quạt thổi vào . Đây là lần đầu tiên
tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành , do
kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi những sai

sót trong quá trình thiết kế . Em rất mong được thầy cô góp ý , chỉ bảo để em có
thể bổ sung , củng cố kiến thực cho bản thân .
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của T.S Phạm Ngọc
Hưng để em có thể hoàn thành tốt đồ án này .
Hà Nội, tháng 3 năm 2020
Sinh viên thực hiện
Phạm Thanh Loan

3


PHẦN I . TỔNG QUAN
1.Nghiên cứu tính chất vật liệu sấy

Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Là loại
củ mọc trên rễ, có nguồn gốc ở Nam Mỹ và được đưa đến châu Âu trong thế kỷ 16
sau đó đã được trồng rộng rãi trên thế giới. Là loại cây trồng phổ biến thứ tư về
mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô.
Khoai tây ở Việt Nam chủ yếu trồng vào vụ đông, một số nơi có khí hậu lạnh,
như Lâm Đồng, Lào Cai được trồng vụ thu, hoặc vụ xuân hè. Tổng diện tích trồng
khoai tây hàng năm của cả nước khoảng từ 25.000 - 30.000 ha, tập trung ở các tỉnh
đồng bằng và một số tỉnh miền núi phía Bắc, nhất là các tỉnh Thái Bình, Hải
Dương, Nam Định và Ninh Bình.
Khoai tây là một trong những loại thực phẩm nhiều chất dinh dưỡng . Có thể nói
khoai tây giàu kali hơn tất cả các loại thực phẩm khác , giàu vitamin C , B6 , chúng tốt
cho huyết áp , tốt cho tim mạch , giảm nguy cơ tăng huyết áp , giảm nguy cơ đột quỵ ,
….. . Chúng có ít năng lượng hơn bưởi , cung cấp nhiều sắt hơn các loại rau củ khác .
Khoai tây còn giàu chất xơ và khoáng chất như đồng , mangan,...

4

Tuy nhiên khoai tây là củ có thời gian thu hoạch tương đối ngắn , bảo quản tươi
lại rất khó khăn , chính vì vậy sản phẩm khoai tây sấy ra đời nhằm kéo dài thời hạn sử
dụng và tăng giá trị sản phẩm . Khoai tây sấy có trọng lượng nhẹ và không cần giữ
lạnh . Khoai tây sấy là sản phẩm đa dinh dưỡng , thêm một giải pháp cho việc hỗ trợ
lương thực cứu trợ . Khoai tây sấy gọn nhẹ , dễ vận chuyển và bảo quản .

Hiện nay, quy trình chế biến khoai tây sấy gồm các công đoạn như sau :
Khoai
tây

Rửa ,
gọt

Ngâm

Làm
ráo

Thái
sợi

Sấy

Đóng
gói

Thành
phẩm

Đối với củ tươi, ngay sau khi thái, ở bề mặt thường có "nhựa" chảy ra làm cho
khoai tây rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa. Để tránh hiện tượng này, sau khi
thái, khoai tây được ngâm ngay trong nước sạch hoặc trong dung dịch xử lý.
Khoai tây ngâm trong dung dịch natri sunfit (Na 2SO3) hoặc natri bisunfit
(NaHSO3) tỷ lệ 1‰ so với khối lượng củ tươi. Thời gian ngâm 30 phút. Tất cả các
lát sau khi ngâm xử lý được vớt lên rổ, rá hoặc những mặt thoáng nhằm làm thoát
bớt nước. Sau khi xử lý đưa khoai tây đi sấy . Để giảm bớt thời gian sấy, khoai tây
nên được hong gió trước để làm se lớp bề mặt.

5


2.Khái niệm chung về sấy
2.1 Định nghĩa
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng . Qúa
trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền nhiệt của vật liệu , bảo
quản tốt vật liệu trong một thời gian dài , nhất là đối với các sản phẩm nông sản ,
lương thực ; thực phẩm , giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật
liệu hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp
theo .
2.2 Phân loại
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức :
• Sấy tự nhiên : là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như
năng lượng mặt trời , năng lượng gió , … để làm bay hơi nước . Phương
pháp này đơn giản , không tốn năng lượng , rẻ tiền tuy nhiên không điều
chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp , phụ thuộc
vào thời tiết , cần diện tích bề mặt lớn , không đảm bảo được các chỉ tiêu vệ
sinh an toàn thực phẩm , …. Do đó phương pháp này được áp dụng cho sản
xuất quy mô nhỏ lẻ , hộ gia đình .

• Sấy nhân tạo : là phương pháp sấy sử dụng các nguồn năng lượng do con
người tạo ra , thường được tiến hành trong các thiết bị sấy , cung cấp nhiệt
cho các vật liệu ẩm .
Sấy nhân tạo có , tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy
có thể chia thành các dạng :
• Sấy đối lưu : là phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với không khí
nóng, khói lò , …( gọi là tác nhân sấy )
• Sấy tiếp xúc : là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt
độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy qua một vách
ngăn .
6


• Sấy bằng tia hồng ngoại : là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồng
ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy .
• Sấy bằng dòng điện cao tần : là phương pháp sấy dùng năng lượng điện
trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu .
• Sấy thăng hoa : là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất
cao , nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ
trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng .
2.3 Nguyên lí của quá trình sấy
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức
tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn
đồng thời với quá trình truyền nhiệt . Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá
trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha
hơi ra khỏi vật liệu ban đầu . Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở
trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu . Qúa trình khuếch tán chuyển pha
này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần
của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh . Vận tốc của toàn bộ quá
trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất . Ngoài ra tùy theo phương

pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển từ trong
vật liệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu sấy .
Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất
lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy . Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ
bản của quá trình sấy .
2.4 Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu
sấy.Trong quá trình sấy , môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật
liệu sấy . Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy
được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi
trường trong buồng sấy , quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại .
7


Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :
• Gia nhiệt cho vật liệu sấy .
• Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường .
• Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt .
Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều
các nhiệm vụ trên .
Các loại tác nhân sấy :
• 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 sẽ có nhiều ưu điểm : không khí
có sẵn trong tự nhiên , không độc , không làm sản phẩm sau khi sấy ô
nhiễm và thay đổi mùi vị . Tuy nhiên , dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy
cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí ( caloripher khí – hơi bay khí –
khói ) , nhiệt độ sấy không quá cao . Thường nhỏ hơn 500°C vì nếu nhiệt độ
cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm
sứ thì chi phí cao hơn .
• Khói lò : khói lò dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000°C

mà không cần thiết bị gia nhiệt , tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm do bụi và các chất có hại như 2, 2, …

• Hơi quá nhiệt : tác nhân sấy này dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ
và có khả năng chịu được nhiệt độ cao .
• Hỗn hợp không khí và hơi nước : tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm
tương đối cao .
2.5 Thiết bị sấy
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu
thiết bị sấy khác nhau để phù hợp với các loại vật liệu sấy riêng biệt . Có nhiều
cách phân loại thiết bị sấy :
8


• Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằng
khói lò , ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như
sấy thăng hoa , sấy bằng tia hồng ngoại , sấy bằng dòng điện cao tần ,….
• Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp suất
thường .
• Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc ,
thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ ,…
• Dựa vào cấu tạo thiết bị : phòng sấy , hầm sấy , sấy băng tải ,…
• Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy : cùng chiều hay ngược chiều .
➢
Chọn thiết bị , tác nhân và phương pháp sấy :
• Chọn thiết bị sấy : Căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại thiết bị sấy và
đặc điểm của vật liệu sấy , ở đây là khoai tây với thiết bị sấy là hệ thống
buồng sấy . Buồng sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng
nhất . Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy từng mẻ ,năng suất không lớn và
có thể tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức .
• Chọn tác nhân sấy : Khoai tây sấy thành phẩm có thể ăn trực tiếp không qua

chế biến vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch , không bị ô nhiễm , bám bụi
Mặt khác sấy khoai tây không sấy ở nhiệt độ cao nên ta chọn tác nhân sấy là
không khí nóng .
3.Giới thiệu hệ thống sấy buồng
Hệ thống sấy đối lưu phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế là
hệ thống sấy buồng . Bộ phận chính của hệ thống sấy buồng là buồng sấy . Hệ
thống sấy buồng là hệ thống sấy gián đoạn . Do đó , so với hệ thống sấy hầm năng
suất hệ thống sấy buồng thường nhỏ hơn . Tuy nhiên nó đặc biệt thích hợp khi cần
sấy nhiều loại vật liệu với năng suất không lớn và không cần sản xuất liên tục . Hệ
thống sấy buồng gồm hai loại là hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên và hệ thống
sấy buồng đối lưu cưỡng bức
9


Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu . Đây là bộ phận
quan trọng nhất của hệ thống sấy . Tùy theo phương pháp sấy , loại thiết bị sấy mà
buồng sấy có dạng khác nhau . Đối với thiết bị sấy buồng , bộ phận buồng sấy có
thể như một cái tủ , có thể lớn như một căn phòng . Trong thiết bị sấy hầm , buồng
sấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm ( tuynen ) . Trong thiết bị
sấy phun , buồng sấy là một buồng hình trụ đứng hay nằm ngang . Trong thiết bị
sấy khí động , buồng sấy là một ống hình trụ để đứng , có chiều cao lớn

10


PHẦN II . TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY KHOAI TÂY

Thông số :
• Năng suất : G2 = 100 kg/mẻ
• Độ ẩm ban đầu của khoai tây : ω1 = 80%

• Độ ẩm sau khi sấy của khoai tây : ω2= 8%
• Chất tải nhiệt là hơi nước có áp suất 5 bar
• Tác nhân sấy là không khí
• Thời gian sấy = 10ℎ ứng với các điều kiện sau :
Chế độ sấy có 3 giai đoạn :
Giai đoạn I :Thời gian 1 = 2h
Nhiệt độ môi chất sấy vào t = 80℃
Vật liệu có độ ẩm vào
Vật liệu có độ ẩm ra
Giai đoạn II : Thời gian
Vật liệu sấy có độ ẩm vào
Vật liệu sấy có độ ẩm ra
Giai đoạn III : Thời gian
Vật liệu sấy có độ ẩm vào
Vật liệu sấy có độ ẩm ra là
11

11

21

2

= 80%

= 62,3%

= 3h

Nhiệt độ môi chất sấy vào t12 = 70℃

22

3

12

= 62,3%

= 32,4%

= 5h

Nhiệt độ môi chất sấy vào t13 = 65 ℃

13

= 32,4%
23

= 8%

Tốc độ môi chất sấy cả ba giai đoạn là v = 2 m/s
Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ ,

0

= 85%

11

Chương I . Tính toán các thông số của vật liệu
• Lượng ẩm bốc hơi :
1

W=

−

2

2

80 − 8

= 100

= 360

100 − 80

100 −

1

• Lượng vật liệu đưa vào :
G11 = W + G2 = 360 + 100 = 460 kg
• Chia ẩm bốc hơi theo các giai đoạn sau :
W1 = 216 kg

W2 = 108 kg

Giai đoạn I :

W1 = 216 kg , ω1 = 80 %

Vì =
1

•

W1 100 – W1 ω21 = G11 ω1 – G11 ω

W3 = 36 kg

21

11

ω1− ω21

=

21

100−ω21

11 1

−

1

100

460. 80 − 216.100

=

= 62,3%
460 − 216

11

−

1

• Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 1 là :
G12 = G11 – W1 = 460 – 216 = 244 kg
• Các đại lượng được tính trung bình 1h của giai đoạn 1 là :
W1h =
G21h =
1

=

216

= 108 kg/h
2

1

21

244

=

= 122 kg/h
2

1

Giai đoạn II :

W2 = 108 kg , G12 = 244kg

• Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là :
12 12

22

−

2.

=

100

244. 62,3 − 108. 100

=

= 32,4%
244 − 108

12

−

2

• Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 2 là :
G22 = G12 – W2 = 244 – 108 = 136 kg
• Các đại lượng tính toán trung bình cho 1h của giai đoạn 2 là :
W2h =
2

2

=

108

= 36 kg/h
3

12


G22h = 22 = 136 = 45,33 kg/h
Giai đoạn III : W3 = 36 kg , G13 = G22 = 136 kg ,
3

2

22

=

13

= 32,4%

• Độ ẩm vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 là :
23

13 13

=

−

3

100

136.32,4 − 36.100

=

= 8,064% ≈ 8%

136 − 36
13

−

3

• Lượng vật liệu ra khỏi giai đoạn 3 chính là lượng sản phẩm tức là :
G23 = G2 = G13 – W3 = 136 – 36 = 100 kg
• Các đại lượng tính trung bình 1h của giai đoạn 3 là :
G23h =
=
23

100

=

36

3

= 7,2 /ℎ

= 20 /ℎ , W3h=
5

5

3

3

Chương II . Tính toán quá trình sấy lý thuyết
1. Giai đoạn I
Giai đoạn này năng suất bốc hơi ẩm lớn nhất , ẩm bốc hơi nhiều nên nhiệt độ
môi chất ra khỏi buồng sấy thấp vì vậy không cần hồi lưu .
-Trạng thái không khí bên ngoài t0 = 25℃ ,
+ Áp suất hơi bão hòa tại 25℃ :

0

0

= exp (12

4026,42

−

= 85% :

4026,42

) = exp (12 −

) = 0,03154

235,5 + 25

235,5 +

0

+ Lượng chứa ẩm :
0

0 0

= 662

= 662

0,85. 0,03154

= 18,4 /

0

−

0,99333 − 0,85.0,03154
0

+ Entanpi là :
I0 = t0 + d0( r + Cpht0 ) = 25 + 0,0184( 2500 + 1,9.25 ) = 72 kJ/kgkkk
+ Khối lượng riêng của không khí :
−

99333 − 0,85. 0,03154. 10
0

=

5

0

=

= 1,13 /

3

0

287(273 + 25)

287(273 +

0

)

-Trạng thái không khí vào buồng sấy :
13


+ Ta có : t11 = 80℃
, ps1 = 0,47 bar

d11 = d0 = 0,0184 kg/kgkkk
+ Entanpi là :
11

=

1

+

1(

+

ℎ1

) = 80 + 0,0184. (2500 + 1,9.80) = 128,8 /

+ Độ ẩm tương đối :
18,4.0,99333

1

=

11

=

= 0,0607 = 6,07%

(622

( 622 +

+ 18,4)0,47

1) 1

+ Khối lượng riêng của không khí trong giai đoạn I :
1

−

=

=

1

99333 − 0,0607.0,47

11

= 0,9805 /

3

287(273 + 80)

( 273 +

1)

-Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy :
Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy không đổi , nhiệt độ vật liệu không đổi.
Nhiệt độ và độ ẩm không khí vào trong buồng là t11 = 80℃ , 11= 6,07% . Chọn nhiệt độ khi ra khỏi buồng sấy là t21 = 40℃ , 2= 0,0732 bar.

+ Lượng chứa ẩm :
21

21 −21

=

=

128,8 − 40

= 0,03447 /

2500 + 1,9.40

+

ℎ 21

+ Độ ẩm tương đối :
21

34,47.0,99333

=

21

=

= 0,712 = 71,2%

(622

( 622 +

+ 34,47)0,0732

21) 2

+ Khối lượng riêng của không khí :
−

99333 − 0,712.0,0732. 105

21 2

=

=

21

= 1,0478 /

3

287(273 + 40)

(273 +

21)

-Tiêu hao không khí lý thuyết :
01

=

1000

=

1000

= 62,5 / ẩ

34,4−18,4

21− 11

14


01= l01. W1

= 62,5 . 216 = 13500 kg = 6750 kg/h

01

=

6750

=
1

1

= 6884,24

3

/ℎ

0,9805

01

=

6750

=

= 6655,8

3

/ℎ

1

0,5(0,9805 + 1,0478)

0,5 . (

1

+ 2)

-Tiêu hao nhiệt lý thuyết :
q01 = l01(I1 – I0 ) = 62,5(128,8 – 72)= 3550 kJ/kgẩm
Q01 = q0W1 = 3550 . 216 = 766800 kJ
Q01h = 383400 kJ/h
-Cân bằng nhiệt lý thuyết của giai đoạn I :

+ Nhiệt đưa vào :
Qv = Q5 + Q0 = Q01 + Q0 ( Q0 là nhiệt do không khí đưa vào )
Q0 = G0L0 = L01I0 = 6750 . 72 = 486000 kJ/h = 972000 kJ

+ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :
QR = Q1 + Q’2
+ Q1 là nhiệt hữu ích :
Q1 = W1[( r + Cpkt2) - Cntm1] = 216[(2500 + 1,9.40) – 4,18.23]
= 535650 kJ = 267825 kJ/h = 74,4 kW
+ Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra :
Q’2 = L01I’2 = L01[ t2 + d0( r + Cpht2 ) ]= 6750[ 40 +0.0184(2500 + 1,9.40)]
= 589939 kJ/h = 1179878 kJ
QR = 1715528 kJ
∆ = 23272

15


∆%=

. 100%
=

.100% = 1,34
%

∆

23272
1738800

-Hiệu suất nhiệt của buồng sấy :

ɳs = 1 =

535650

= 0,551 = 55,1 %

972000

0

2. Giai đoạn II
Giai đoạn này nhiệt độ môi chất vào nhỏ hơn , năng suất bốc hơi ẩm nhỏ hơn nên nhiệt độ khí thoát ra lớn hơn , vì
vậy cần hồi lưu để tiết kiệm nhiệt . Trong giai đoạn II nhiệt độ môi chất vào buồng sấy là t 12 = 70℃ , tương ứng có ps2=
0,3073 bar. Vì có hồi lưu nên độ ẩm tương đối của môi chất vào buồng sấy sẽ lớn hơn ở giai đoạn I . Chọn độ ẩm tương
đối của môi chất vào 12 = 20% .

Để tiện lợi cho việc điều chỉnh quạt gió , ta thiết kế sao cho lưu lượng khối lượng
không khí ở cả ba giai đoạn như nhau , tức là L 1 = L2 = L3 hay W1l1 = W2l2 = W3l3 .

Từ đó ta có :
=

1

3=

1

2

2

1

= 62,5.

1

= 62,5.

216

= 125 / ẩ
108

216

= 375 / ẩ
36

3

-Trạng thái không khí vào buồng sấy :
+ Lượng chứa ẩm :
1

12

= 622
−

12

0,2. 0,3073

= 622

= 41 /

0,99333 − 0,2.0,3073
12 1

+ Entanpi :
12

=

12

+

12(

+

ℎ 12)

= 70 + 0,041( 2500 + 1,9.70 ) = 178 kJ/kgkkk

+ Khối lượng riêng của không khí vào giai đoạn II là :
−

99333 − 0,2.0,3073. 105
12

1

=

=

12

+ 273)

(

= 0,947

/

3

287. ( 70 + 273 )

12

16


-Xác định các thông số môi chất ra khỏi buồng sấy :
1000
22

=

12

+∆ =

+

12

1000

= 41 +

= 49 /

125
2

=

−

2

222500

178 − 0,049.2500

=

= 50,77℃

22

1 + 1,9.0,049

1 + 1,9.

2

22

= 0,127

22
22

=

49.0,99333

=

= 0,5712 = 57,12%

( 622 + 49). 0,127

( 622 +

22) 2

−

99333 − 0,5712.0,127. 10
22

5

2

=

=

= 0,991

/

3

2

287. (273 + 50,77)

( 273 +

22)

-Xác định các thông số trạng thái sau hỗn hợp :
+ Hệ số hồi lưu :
dH2 = d12 = 41 g/kgkkk
=

=

2

2

=

−

0

22
0

=
−

41 − 18,4

= 2,825

49 − 41

2

0

+ Nhiệt độ khí sau hỗn hợp :
=

2

+

2,825.50,77 + 25

=

0

= 44,03 ℃

2

+1

2

2

= 0,09
= 2 + 2(

2,825 + 1

= 150 /

+

ℎ 2)

= 44,03 + 0,041(2500 + 1,9.44,03)

2

=

2

=

41.0,99333

= 0,683 = 68,3%

( 622 + 41)0,09

( 622 +

=

−

2

2)

2

99333 − 0,683.0,09

2

=

= 1,105 /

3

2

287( 273 + 40,03 )

( 273 +

2)

+ Tiêu hao không khí lý thuyết :

l2 = 125 kJ/kgẩm
17


L2 = l2.W2 = 125 . 108 = 13500 kg = 4500kg/h
=

4500

=

2

= 4644

3

/ℎ

2

1
(

+

1

1

)

2

( 0,947 + 0,991)

2

2

+ Lưu lượng khí mới bổ sung :
=

0

2

=

4500

2,825

= 1593 /ℎ

+ Tiêu hao nhiệt :
= 2( 12 − 2 ) = 125(178 − 150) = 3500 / ẩ
378000 02ℎ = 126000 /ℎ

02

02

-Cân bằng nhiệt của hệ thống :
=

=

02 2

= 3500 .108 =

02 +

0

Trong đó : Q02 là nhiệt đưa vào buồng sấy .
=
=

0ℎ
0

Vậy :

00=

Q0 là nhiệt do không khí mới đưa vào

1593.72 = 114696 /ℎ

0ℎ 2 = 114696 . 3 = 344088

= 378000 + 344088 = 722088

+ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :
=

1+

′2

+ Q1 là nhiệt hữu ích :
1

=

2[(

+

ℎ ℎ2)

=

−

264589

12]

= 108[(2500 + 1,9.44,03 ) − 4,18.32]

+ Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát ra :

18


′2 = 2 +
′2ℎ = ′2

0

0(

+

ℎ 2)

= 91,57 /

= 44,03 + 0,0184(2500 + 1,9.44,03)

= 91,57.1593 = 145871 /ℎ

Q’2= 437613 kJ
+ Vậy : QR = 264589+ 437613 = 702202 kJ
∆ =

∆

−

= 19886

∆%=

19886

. 100% = 722088 .100% = 2,75%

3. Giai đoạn III
Xác định các thông số vào buồng sấy
Ta có : t13 = 65℃ ;

13

= 15% ( chọn )

Ps1 = 0,247 bar
+ Ta xác định được các thông số còn lại :
1

13

13

= 622.

=

13

+

13(

= 24,1 /

0,99333 − 0,15.0,247

−
13

0,15.0,247

= 622

13 1

+

= 128,23 /

ℎ 13)

= 65 + 0,0241( 2500 + 1,9.65)

−

99333 − 0,15.0,247. 105

13

1

=

=

= 0,986

13

/

3

287(273 + 65)

( 273 +

13)

-Trạng thái không khí ra khỏi buồng sấy :
23

=

13

+∆ =

13

+

1000

= 24,1 +

1000

375

3

=

23

−

128,23 − 0,0268.2500

23 2500

=

23

= 58,26℃

1 + 1,9.0,0268

1+
3

= 26,8 /

ℎ 23

= 0,182

19


=

=

= 0,225 =
22,5%
26,8.0,99333

23

23

(622 +

(622 + 26,8). 0,182

23) 3

−

99333 − 0,225.0,182. 105
23

3

=

=

= 1,002

23

/

3

287(273 + 58,26)

(273 +

23)

-Xác định trạng thái môi chất sau hỗn hợp :
+ Hệ số hồi lưu :
=

=3

=

3

−

24,1 − 18,4

=

0

= 2,11 (

= )
3

26,8 − 24,1

00

23

−

13

3

+ Nhiệt độ khí sau hỗn hợp :
=

23

+

2,11.58,26 + 25

=

0

= 47,56℃

3

+1

2,11 + 1

+ Entanpi của khí sau hỗn hợp :
3

=

3

+

3(

+ ℎ.

3)

= 47,56 + 0,0241(2500 + 1,9.47,56)
110 /

=

+ Độ ẩm tương đối sau hỗn hợp :
24,1.0,99333

3

=

3=

= 0,343 = 34,3%

(622

(622 +

3)

+ 24,1). 0,108

3

+ Khối lượng riêng :
−

99333 − 0,343.0,108. 105
3

3

=

=

= 1,04

3

/

3

287(273 + 47,56)

(273 + 3)

-Xác định tiêu hao không khí :
l03 = 375 kg/kgẩm

L03 = l03.W3 = 375.36 = 13500 kg = 2700 kg/h
03

=

2700

=

03

13

= 2738,3

3

/ℎ

0,986

2700
3

=
3

1

= 2716,3

0,5(0,986

(
2

=

31

+

3

/ℎ

+ 1,002)

32)

20


-Tiêu hao nhiệt lý thuyết :
q03 = l03(I13 – IH3) = 375(128,23 – 110) = 6836,25
kJ/kgẩm Q03 = q03.W3 = 6836,25.36 = 246105 kJ = 49221
kJ/h -Cân bằng nhiệt lý thuyết của hệ thống :
+ Nhiệt đưa vào :
QV = Q03 + Q0 ( ở đây Q0 là nhiệt do không khí đưa vào )
0ℎ

=

0.

0

3

=

0

=

2700

2,11

.72 = 92132,7 /ℎ

Q0 = 460663,5 kJ
Vậy Qv = 246105 + 460663,5 = 706768,5 kJ
+ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống :
QR = Q1 + Q’2
+ Q1 là nhiệt hữu ích
1

=

3[(

+

ℎ 3)

=

−

13]

87635,2

= 36[(2500 + 1,9.47,56) − 4,18.37,4]

+ Q’2 là tổn thất nhiệt do khí thoát :
′2ℎ =

′

2

=

0 ′2

′

=

0[ 3

+

0(

2700

+

ℎ 3)]

= 2,11 [47,56 + 0,0184(2500 + 1,9.47,56)] = 121849 /ℎ

2ℎ 3

= 609245

QR = 87635,2 + 609245 = 696880,2 kJ
∆ = − = 9888,3

∆%=

∆

. 100% =

9888,3

. 100% = 1,4%

706768,5

21


Chương III . Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị
- Tiết diện thông gió của buồng là :
ℎ

=

Vmax là lưu lượng khí lớn nhất qua buồng .
Giai đoạn I có lưu lượng khí lớn nhất nên Vmax = V1tb = 6655,8 m3/h
ℎ

=

6655,8

2.3600

= 0,9

2

-

Chọn chiều dài chất vật liệu trên xe là L = 1,5 m

-

Chiều cao thông gió là :
ℎ

-

ℎ

=

=

0,9

1,5

= 0,6

Số tầng khay vật liệu trong hầm là :
=

ℎ

=

0,6

= 12 ầ ℎ 0,05

+ hk : là khoảng không khí trên khay
-

Chiều cao chất vật liệu là :

= (ℎ + ℎ ) = 12( 50 + 30 ) = 960

+ hm là chiều dày vật liệu trên khay , hm = 30mm
-

Chiều cao xe là :
+ ∆ = 70

=

là chiều cao bánh xe

+ ∆ = 960 + 70 = 1030

- Chiều cao bên trong buồng là :
=

+ ∆ = 1030 + 40 = 1070

+ ∆ = 40 là khoảng cách giữa vật liệu trên khay trên cùng tới trần

buồng .
22

- Tổng diện tích khay sấy là :

1

=
ℎ

=

460

= 23

2
20

1

+ g1 là khối lượng vật liệu trên 1m2 khay
- Diện tích 1 tầng khay là :
1ℎ

vật liệu là :

ℎ

=

=

23
12

1ℎ

=

= 1,92
=

1,5

2

- Chiều rộng chất

1,92
= 1,28

- Chiều rộng bên trong buồng là :
= + 2∆ = 1,28 + 2.0,15 = 1,58

+

∆ = 0,15 à chiều rộng kênh dẫn khí

- Chiều dài bên trong buồng là :

= + 2∆ = 1,5 + 2.0,015 = 1,53

- Chiều cao phủ bì buồng là :
+ = 40là chiều dày trần buồng
=

+

= 1,07 + 0,04 .2 = 1,15

- Chiều rộng phủ bì của buồng :
= + 2 = 1,58 + 2.0,04 = 1,66 - Chiều dài phủ bì của

buồng :

= + 2 = 1,53 + 2.0,04 = 1,61 - Diện tích xung quanh của

buồng là :

= 2( + ) = 2(1,66 + 1,61). 1,15 = 7,52
=

.

2

= 1,61. 1,66 = 2,67

- Diện tích trần nền là :

2

- Xác định kích thước xe :
+ Chiều rộng xe :
=

2

=

2

= 0,64

1,28

+ Chiều dài xe :
23


=

2

=

2

= 0,75

1,5

+ Chiều cao xe : Hxe = 1,03 m

- Như vậy trong hầm bố trí 4 xe
- Kích thước khay sấy :
+ Chiều dài : lkh = 0,74 m
+ Chiều rộng : bkh = 0,63 m

- Diện tích một khay là :
ℎ

ℎ. ℎ

=

- Số lượng khay là :
ℎ

2

= 0,4662

= 4.12 = 48 ℎ

- Khối lượng vật liệu trên 1 xe là :
460

=

= 115
4

-

-

-

-

Khối lượng 1 xe là :
Khối lượng khay sấy là :

ℎ

= 29

= 18

Khối lượng xe trong hầm là : Gvt= 4( 29 +18 ) = 188 kg
Khối lượng 1 xe cả vật liệu là :
Gmv = 115 + 47 = 162 kg

Chương IV. Tính toán quá trình sấy thực tế
1. Giai đoạn 1
-Xác định tổn thất do vật liệu mang =đi. :
+ Trong đó :

1

1

(

1 11

−

21

)

Gm1 = G21 = 244 kg
Cm1 = Cmk( 1- 21) + Cn 21 = 1,88( 1- 0,623) + 4,8.0,623 = 3,7 kJ/kgK tm2 = tM1 = 32℃ , tM1 = tM0 = 23℃

Vậy ta có : Qm1 = 244.3,7( 32 – 23) = 8125,2 kJ
24


1

1

=

=

8125,2

= 37,62 / ẩ

216

1

-Xác định tổn thất thiết bị vận=chuyển :.
= 4. (

) = 4( 29 + 18 ) = 188

+

(

1

2

−

)

1

ℎ

Cvt = 0,5 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của kim loại xe và khay
Qvt = 188.0,5(32 -23 ) = 846 kJ
846

1

1

=

=

= 3,92 / ẩ

-Tổn thất do nhiệt tỏa vào môi trường :
+ Tổn thất nhiệt qua tường và cửa :
1

=

. (

1

1

−

0

)

Trong đó :
kxq1 – hệ số truyền nhiệt từ môi chất sấy qua tường bao xung quanh và cửa .
Fxq – diện tích tường bao và cửa .

tk1- nhiệt độ trung bình của khí trong buồng .
t0 – nhệt độ không khí bên ngoài .
+ Nhiệt độ khí trong buồng là :
tk1 = 0,5( t11 + t12 ) = 0,5( 80+ 40 ) = 60℃
1

1

=
1

1

+

+
21

11

Tường bao xung quanh làm bằng thép góc ghép các tấm tôn tráng kẽm có lớp cách nhiệt dày = 0,075 , λ = 0,1W/mK .

Cửa buồng sấy cũng làm bằng thép góc ghép tôn tráng kẽm , ở giữa là lớp cách nhiệt
dày 0,075m ,như vậy ta coi mật độ dòng nhiệt qua cửa và qua tường bao là như nhau
25


Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng tới tường là 11được xác định theo tài liệu như sau :

Khi v < 5 m/s ta có 11 = 6,15 + 4,18 , /

2
14,51W/ K

2

Vậy 11 = 6,15 + 4,18.2 =

Trao đổi nhiệt từ tường bao đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên với hệ số trao đổi nhiệt 21. Muốn xác định 21 cần
biết nhiệt độ bề mặt tường tw2 . Trị số này chưa biết nên phải giả thiết sau đó kiểm tra lại . Việc tính toán theo phương pháp
tính lặp cho đến khi sai số nhỏ hơn trị số cho phép .
Gỉa thiết : tw2 = 34,5 ℃ , ∆

2

=

2

Theo tài liệu ta có :

0

= 3,29 W/

−

0

= 9,5℃

2

K và hệ số hiệu đính theo nhiệt độ

= 0,975

Vậy ta được :
α21 = 0 . = 3,29.0,975 = 3,207
( 34,5 − 25 ) = 30,5

/

2

2

=

21∆

= 3,207.

Kiểm tra lại giả thiết :
1

1
+

2

=

1

−

2

0,075

) = 60 − 30,5 (

+

(

) = 35℃

14,51

0,1

1

Sai số so với giả thiết là 1,4%

như vậy giả thiết

2

= 34,5℃ là đúng .

Từ đó ta tính được :
1

1

=

= 0,89 /
1

0,075

+
14,5

2

1

+
0,1

3,207

Qxq1 = 0,89.7,52.( 60 – 25) = 234,25W
+ Hệ số truyền nhiệt của không khí trong buồng qua trần là :
1
=

1

1

+

11

+

2

26