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

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 Sinh viên thực hiện: 2 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 3 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 4 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 5 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 6 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Các phương pháp sấy 1.1.1 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: 0 0 r 2P exp( ) P hr P p p      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 (pab) 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,... Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 7 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 8 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 0 o C). 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%. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 9 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 10 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 11 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 12 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). Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 13  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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 14  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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 15 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 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 2.1.2 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. dF dQ E  , W/m 2 dQ: dòng bức xạ toàn phần. dF: bề mặt phân bố. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 16  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. d dE E  , W/m 3  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 1 000  DRA Q Q Q Q Q Q DRA Trong đó: 0Q Q A A hệ số hấp thu của vật. 0Q Q R R : hệ số phản xạ của vật. 0Q Q D D : hệ số xuyên qua của vật.  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 : 1 1 1 . . P V m R T  ,kg Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 17 Khối lượng không khí còn lại trong buồng sau khi hút 2 2 2 . . P V m R T  ,kg Vậy lượng không khí được lấy đi: Δm = m1 – m2, kg Thể tích không khí được lấy đi:  m v   , m 3 Lưu lượng trung bình của không khí qua bơm: t v Q  , m 3 /s t : thời gian hút đến độ chân không yêu cầu. Công suất của bơm : . .1000. . do n do n m N N    , kW Trong đó: Nđo.n: công suất tính trong quá trình đọan nhiệt 1 1 . 1 2 . . . 1 1 k k do n Pk N P Q k P             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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 18 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:  121 .. ttcmQ g VLS  , kJ 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 40 0 C. 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 4 4 1 2 3 1 1 0. . 100 100 T T Q F C                  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, m 2 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 19 Q4 = m * cg * ( t2 – t1 ) m: tổng khối lượng inox trong máy sấy, kg. cg: nhiệt dung riêng của inox, J/kg. 0 K.  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 , m 2 .   2 2 1 1 1251 51 .        ttF Q , W. + Hai mặt trước và sau: F52 =2*b*c, m 2 .   2 2 1 1 1252 52 .        ttF Q , W.  Nhiệt lượng cần thiết để nước trong vật liệu sôi và hóa hơi là: rmttcmQ p .).(. 126  . Lượng nước bay ra trong quá trình bốc hơi tính theo công thức: 2 21 1 1      Gm kg. Trong đó: G1: khối lượng thủy sản, kg. 1: ẩm độ ban đầu thủy sản, %. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 20 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, m 2 .   2 21 127 7 .        t ttF Q ,W. 2.4 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, o C. tf : nhiệt độ nước làm mát, o C. 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) , o C. Từ bảng các thông số vật lý của nước ở phần phụ lục, ứng với tm o C, ta có: λm , W/m.độ. βm ,1/độ. vm , m 2 /s. Prm 2 3 ... m m m v tdg Gr    . Ram = (Gr.Pr)m . Tra bảng tìm được C và n n mm RaCNu . . Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 21 Hệ số tỏa nhiệt của ống đồng: d Nu mm   . 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). => ).( fw tt Q F    , m 2 . Chiều dài đoạn ống đồng: d F l .  , m. 2.5 Cơ sở tính dàn lạnh, dàn nóng 2.5.1. Tính toán dàn lạnh: Diện tích trao đổi nhiệt of o o o q Q tk Q F    . Q o – Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W k – Hệ số truyền nhiệt, W/m 2 .K Δt o – Độ chênh nhiệt độ trung bình lôgarit, K. q of – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị bay hơi, W/m 2 . 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 22 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 kf o k o q Q tk Q F    . Q k – Phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị ngưng tụ, W. k – Hệ số truyền nhiệt, W/m 2 .K Δt k – Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit, K. q kf – Mật độ dòng nhiệt, W/m 2 . 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 23 Chương 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Tính toán kích thước buồng sấy 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 1 0 0 0 25 Hình 3.1. Khay sấy 8 2 1 1 0 1 0 6 0 20 1045 20 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. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 24  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: .  Khi tiết diện đặt đứng : . .    2 2 3 2 maxmax . ..3 ..2.2 12.... hb ap hb hap J yM x x . . 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: 3 2 10.9,8 15,1*3 1412*05,0*01,0 p kG/cm 2 .  Số thanh chịu lực cần thiết: 6,5 10.9,8 05,0 3  p P n 2 . 2 max ap M x  12 . 3hb J x  2 max h y    2 2 .3 .. a hb p       Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 25 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. 1 1 0 0 1500 1610 375375 2 7 5 2 7 5 1200 1 2 0 0 1 7 0 3 1 2 3 5 2 45 55 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:  121 .. ttcmQ g VLS  , kJ. 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 0 C. t2: Nhiệt độ sấy, chọn t2 = 40 0 C. 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: 1 1 2715 3.01 15.60 15.60 Q N    kW + Nhiệt lượng làm nóng không khí trong buồng sấy: Q2 = mkk*Δi = ρk*(Vbuồng - Vc)*(i2 – i1), kJ. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 26 Giả sử Vc: VLS và các thiết bị chiếm khoảng 30% thể tích buồng sấy. Vbuồng = a*b*c = 1,5*1,1*1,4 = 2.31 m 3 . Vc = 0,3 * 2.31 = 0.693 m 3 . mkk = m1: khối lượng không khí trong buồng trước khi hút. ρk: khối lượng riêng của không khí (ρk = 1,165 kg/m 3 ). i1: enthalpy của không khí lúc bắt đầu sấy. i2: enthalpy của không khí sấy khi nhiệt độ 40 0 C. Chọn nhiệt độ môi trường là 25oC, ẩm độ tương đối là 85%. Tra giản đồ trắc ẩm t – d, ta có: i1 = 75.77 kJ/kgkkk. d1 = 0.0199 kg kk/kgkkk. Khi nung nóng khí trong buồng sấy từ t1 = 25 o C lên t2 = 40 o C thì: d2 = d1 = 0,0199 kg kk/kgkkk. => i2 = 91.38 kJ/kgkkk. Vậy Q2 = 1,165*(2.31–0.693)*(91.38 – 75.77) = 29.41 kJ. Công suất nhiệt cần nung nóng không khí: 2 2 29.41 0.033 15.60 15.60 Q N    kW. + Nhiệt tổn thất ra môi trường bằng bức xạ: Khi sấy ở 400C thì đo được nhiệt độ bề mặt trung bình của buồng sấy là T1=40 0 C, vì vách mỏng nên nhiệt độ chênh lệch không đáng kể. Buồng sấy được làm bằng inox có hệ số bức xạ ε = 0,24. Buồng sấy được đặt trong môi trường có nhiệt độ T2 = 25 0 C. Vậy tổn thất nhiệt từ buồng sấy ra ngòai môi trường:                      4 2 4 1 113 100100 .. TT CFQ o , kW. Trong đó: F1: diện tích bề mặt buồng sấy. F1 = 4*a*b +2*b*c = 4*1,5 *1,1 + 2* 1,1* 1,4 = 9.68 m 2 . C0 = 5,67 – hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối. Thay vào ta có: Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 27 N3 = 4 4 3 40 273 25 273 0,24*9,68*5,67* 225.5 100 100 Q                    W = 0.226 kW. + 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, tấm tạo nhiệt. ).(. 124 ttcmQ g  , kJ. m: Tổng khối lượng inox trong máy sấy, m = 750 kg. cg: Nhiệt dung riêng của inox, cg = 480 J/kg. K Q4 = 750*0,48*(40 – 25) = 5400 kJ. 4 4 5400 6 15.60 15.60 Q N    kW. + 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. Buồng sấy làm từ inox tấm có chiều dày δ1 = 4 mm được cách nhiệt bởi một lớp bông thủy tinh có chiều dày δ2 = 50 mm. Trong đó: t2: Nhiệt độ buồng sấy. t1: Nhiệt độ môi trường. λ1: Hệ số dẫn nhiệt của inox (λ1= 16 W/m.độ). λ2: Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh (λ2 = 0,041 W/m.độ). Phương trình truyền nhiệt qua vách phẳng: + Bốn bên hông: F51 = 4*a*b = 4* 1,5 * 1,1 = 6,6 m 2 .  51 2 1 51 1 2 1 2 . 6,6*(40 25) 81.16 0,004 0,05 16 0,041 F t t Q           W. + Hai mặt trước và sau: F52 =2*b*c = 2*1,1 *1,4 = 3.08 m 2 .  52 2 1 52 1 2 1 2 . 3.08*(40 25) 37.88 0,004 0,05 16 0,041 F t t Q           W. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 28 Vậy N5 = N51 + N52 = 81.16 + 37.88 = 119.04 W = 0.12 kW. +Nhiệt lượng cần thiết để nước trong vật liệu sôi và hóa hơi là: rmttcmQ p .).(. 126  , kJ. Lượng nước bay ra trong quá trình bốc hơi tính theo công thức: 1 2 1 2 0,8 0,12 50* 38.63 1 1 0,12 G            kg. Trong đó: G1: khối lượng thủy sản, G1 = 50 kg 1: ẩm độ ban đầu thủy sản, 1 = 80%. 2: ẩm độ cuối của thủy sản, 2 = 12%. r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước và hơi nước bão hòa ứng với t= 40 o C, r = 2406 kJ/kg. cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước ở 40 o C, cp= 4,174 kJ/kg.K. Nên: Q6 = 38.63*4,174*(40 – 25) + 38.63*2406 = 95362.4 kJ. 6 6 95362.4 105.95 . 15.60 15.60 Q N kW   + Nhiệt lượng tổn thất qua các gân chịu lực: Gồm có 12 gân chịu lực dài 1500 mm, và 24 gân chịu lực dài 1150 mm: F7 = 24*1,15*0,01 + 12* 1,5*0,01 = 0,46 m 2 .   8,3 041,0 05,0 16 05,0 )3040(*46,0. 2 21 127 7            t ttF Q W = 0,0038 kW. Vậy tổng công suất nhiệt cần cung cấp cho máy sấy N = N1 + N2 + N3 + N4 + N5 + N6 + N7 N = 3.01 + 0.033 + 0.226 + 6 + 0.12 + 105.95 = 115.34 kW. Công suất nhiệt trên một tấm tạo nhiệt là : 115.34 8.87 13 kW . Chọn bộ phận cấp nhiệt cho máy sấy là điện trở, mỗi thanh có công suất 130W. Vậy phải có 68 thanh điện trở trên tấm tạo nhiệt có kích thước của một là 1005 x 1420 x 30 mm. Điện trở được bố trí như sau : Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 29 Ñieän trôû 1 0 0 5 142055 1 4 8 30 280 145 Hình 3.4.Tấm tạo nhiệt Thiết kế bộ phận cấp nhiệt cho máy sấy được chọn là bộ điện trở gồm 220 điện trở ống thủy tinh, chia đều cho 13 tấm tạo nhiệt, công suất mỗi điện trở là 130W. 3.3 Tính toán chọn bơm chân không Khối lượng không khí trong buồng trước khi hút: 1 1 1 . . TR Vp m  , kg. Trong đó: p1 = 760 mmHg = 101324,72 Pa. V = Vbuồng – VVLS = 2.31 – 0.693 = 1.617 m 3 . R = 8314 / 29 = 286,69 J/kmol.độ. T1 = 25 + 273 = 298 K. 1 101324,72*1,617 1.92 286,69*298 m   kg. Khối lượng không khí còn lại trong buồng sau khi hút: 2 2 2 . . TR Vp m  , kg. Trong đó: p2 = (760 -720 ) * 133,322 = 5332,88 Pa. T2 = (40 + 273) = 313 K. 2 5332,88*1,617 0.096 286,69*313 m   kg. Vậy lượng không khí được lấy đi: Δm = m1 – m2 = 1.92 – 0,096 = 1.824 kg. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 30 Thể tích không khí được lấy đi: 1,824 1.56 1,165 m v      m 3 . Lượng hơi nước được lấy đi: Vì thời gian hút ngắn nên lượng hơi nước thoát ra không đáng kể. Lưu lượng trung bình của không khí qua bơm: 1,56 20.60 v Q t   = 1.3.10 -3 m 3 /s. t: Thời gian hút đến độ chân không yêu cầu (t = 20 phút ). Công suất của bơm: mndo ndoNN  ..1000 . . , kW. Trong đó: Nđo.n: Công suất tính trong quá trình đọan nhiệt Q: Năng suất hút của máy, m3/s.                    1... 1 1 2 1 . k k ndo P P QP k k N , W. 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 ÷ 0,8. 1 1,4 1,4 3 . 1,4 101324,72 *101324,72*1.3.10 . 1 3011 1,4 1 5332,88 do nN                W. Công suất của bơm: . 3011 3.76 1000.0,8 1000.0,8 do nNN    kW  5.4 HP. Dựa vào kết quả tính toán, chúng tôi chọn bơm chân không cho máy sấy là bơm roto có công suất 6 HP và Q = 100 m3/h = 0,03 m3/s. 3.4 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 Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 31 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, Nhiệt độ hơi ẩm vào dàn ngưng tw = 40 o C. Nhiệt độ nước làm mát tf = 7 o C. Lưu lượng không khí ẩm vào dàn ngưng Q = 0,03 m3/s. Chọn ống đồng có đường kính d = 10 mm. Nhiệt độ trung bình: tm = 0,5 ( tw + tf) = 0,5*( 40+7) = 23,5 o C Từ bảng các thông số vật lý của nước ở phần phụ lục, ứng với tm = 23,5 o C, ta có: λm = 60,656.10 -2 W/m.độ. βm = 2,31.10 -4 1/độ. vm = 0,9357.10 -6 m 2 /s. Prm = 6,46.   5,85412 )10.9357,0( )740(*10.10*)10.31,2(*81,9... 26 334 2 3        m m m v tdg Gr  Ram = (Gr.Pr)m = ( 85412,5* 6,46)= 551764,75 500 < Ram < 2.10 7 . Tra bảng tìm được C = 0,54 và n = 4 1 . 7,14)75,551764(*54,0. 4/1  nmm RaCNu Hệ số tỏa nhiệt của ống đồng: 6,891 10.10 10.656,60 *7,14. 3 2    d Nu mm   W/m.độ. Tổn thất nhiệt trên đoạn ống: Q = G . cp .(tw – tf ), W. Trong đó: G: Lưu lượng không khí ẩm qua dàn ngưng: G = Q = 0,03 m 3 /s = 30 kg/s. cp tra theo tm, cp = 4,1798 kJ/kg.độ.  Q = 30* 4,1798*(40-7) = 4138 W. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 32 Mặt khác: Q = α.F. (tw – tf), W. => 14,0 )740(*6,891 4138 ).(      fw tt Q F  m 2 . Chiều dài đoạn ống đồng: 5,4 10.10*14,3 14,0 . 3  d F l  m. Vậy ta chọn ống đồng có đường kính 10 mm, chiều dài 4,5 m. 3.5 Tính dàn lạnh Thùng nước được chọn mua trên thị trường, là loại thùng nhựa có nắp đậy, kích thước là 600 x 425 x 315 mm, chiều dày 2 mm. Chọn khối lượng nước trong thùng nước là 20 kg. Nhiệt lượng cần thiết để hạ nhiệt độ nước từ 25oC xuống 7oC: ).(. 21 ttcmQ n  = 20*4,18*(25 – 7) = 1505 kJ. Chọn thời gian để hạ nhiệt độ nước xuống 7oC là 15 phút. Công suất cần thiết là: 67,1 900 1505 60.15  Q N kW. Tổn thất nhiệt ra môi trường: Thùng nước được bọc lớp cách nhiệt dày 10 mm. Diện tích trao đổi nhiệt của thùng nước là: F = 2*0,6*0,315 + 2*0,6*0,425 + 2*0,425*0,315 = 1,16 m 2 . 104 041,0 01,0 16,0 002,0 )730(*16,1)( 2 2 1 1 12            ttF Q W. Trong đó:1, 1:lần lượt là bề dày và hệ số dẫn nhiệt của thùng nước. 2, 2:lần lượt là bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt. Vậy công suất của máy lạnh cần có là: NL = 1,67 + 0,104 = 1,774 kW 2,38HP. Vậy ta chọn máy lạnh một cụm có công suất 2,5 HP. 3.6 Tính bình chứa nước ngưng tụ Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 33 Mục đích của bình chứa nước ngưng tụ là chứa lượng nước thoát ra trong quá trình sấy. Lượng nước bốc ra trong quá trình sấy: m = 38.63 kg. Thể tích cần có của bình chứa là: 8,14. 10-3 m3. Bình chứa nước được thiết kế là hình trụ, chiều cao h = 300 mm, đường kính là d= 200 mm. Thể tích chứa là 3322 10.42,93,0*1,0*14,3. mhrV  . Độ dày của thân bình: C p Dp TKCP tTK      ..2 . pTK: áp suất thiết kế, pTK = 0,05 kG/cm 2 . Dt: đường kính trong của bình, Dt = 0,2 m. : hệ số bền mối hàn dọc thân bình, nếu hàng hồ quang  = 0,7, nếu ống nguyên không hàn  = 1. Chọn  = 0,7. CP: ứng suất cho phép của vật liệu, CP = 1412 kG/cm 2 . C: hệ số dự trữ C = 2 ÷ 3 ,tính đến sự ăn mòn và dung sai tính đến bề dày âm của vật liệu. Suy ra: 005,22 95,01412*7,0*2 200*05,0    mm. Vậy để dễ chế tạo, ta chọn chiều dày vách là 3 mm. 300 R100 Hình 3.5 Bình chứa nước ngưng tụ Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 34 1 14 15 16 19 234578 9 10 11 12 13 17 18 6 2 1 1 0 1703 1 9 6 0 Hình 3.6. Bản vẽ máy sấy sau khi thiết kế 1. Bình chứa nước ngưng tụ 10. Tay vặn 2. Thùng trao đổi nhiệt 11. Tủ điện 3. Dàn ngưng tụ ẩm 12. Đồng hồ đo áp suất 4. Dàn lạnh 13. Lớp cách nhiệt 5. Bơm chân không 14. Tấm tạo nhiệt 6. Van một chiều 15. Khay sấy 7. Cụm dàn nóng, máy nén 16. Khung chứa khay 8. Khung máy 17. Hộp điều khiển 9. Cửa buồng sấy 18. Buồng sấy 19. Ống dẫn Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 35 3.7 Thiết kế mạch điều khiển R K1 K2 P C-R C-P K1 K2 12V, DC 0V T T K1 Hình 3.7: Sơ đồ mạch điều khiển R – điện trở cấp nhiệt cho buồng sấy. P – bơm chân không. T – rơle thời gian. K1, K2 – rơle điều khiển ( mỗi rơle có 1 tiếp điểm thường đóng và 1 tiếp điểm thường mở). C - R – cảm biến nhiệt độ. C - P- cảm biến áp suất chân không. Khi đóng rơle T, dòng điện sẽ chạy qua tiếp điểm thường đóng của cuộn dây K1, cấp điện cho điện trở R hoạt động. Khi điện trở R đạt đến nhiệt độ yêu cầu thì cảm biến nhiệt độ C – R sẽ hoạt động, tác động lên cuộn dây K1làm tiếp điểm thường đóng của K1 mở ra, đồng thời tiếp điểm thường mở của K1 bên bơm chân không đóng lại cấp điện cho bơm hoạt động. Khi áp suất trong buồng sấy đạt yêu cầu thì cảm biến áp suất chân không C – P sẽ hoạt động, tác động lên cuộn dây K2 làm cho tiếp điểm thường đóng K2 mở ra, bơm chân không ngừng họat động. Trong quá trình sấy, điện trở và bơm chân không được điều khiển tự động đảm bảo nhiệt độ và áp suất trong buồng sấy đạt yêu cầu. Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 36 Kết luận: Sau khi tính toán thiết kế chi tiết máy sấy chân không thủy sản với năng suất 50kg/h, đây chỉ là tính toán dựa trên lý thuyết và chưa được khảo nghiệm nên có khả năng tính toán có nhiều sai lệch, kích thước không chính xác. Kiến nghị: Nên khảo nghiệm máy ở thực tế để có được kết quả chính xác . Đồ án học phần: Máy và thiết bị chế biến thủy sản Sinh viên thực hiện: 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt – PGS. Bùi Hải, NXB Giao Thông Vận Tải 2008. [2]. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – Trần Văn Phú, NXB Giáo Dục 2000. [3]. Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt – Hoàng Đình Tín, Bùi Hải, NXB Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh 2004. [4]. Nhiệt động lực học kỹ thuật – Hoàng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật 1997. [5]. Cơ sở truyền nhiệt – Hoàng Đình Tín, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh 2002.