thiết kế hệ thống sấy mít sử dụng bơm nhiệt năng suất sản phẩm 50kgmẻ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB

Mục lục1 MỞ ĐẦU............................................................................................................................2

1.1 Giới thiệu sơ lược về mít............................................................................................21.2 Giới thiệu sơ lược về bơm nhiệt..................................................................................21.3 Phương pháp thực hiện quá trình công nghệ:.............................................................2

2 PHẦN TÍNH TÓAN...........................................................................................................22.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng........................................................................22.2 Tính chọn máy nén......................................................................................................22.3 Tính tóan thiết bị bốc hơi............................................................................................22.4 Tính tóan thiết bị ngưng tụ trong................................................................................22.5 Tính tóan thiết bị ngưng tụ ngòai................................................................................22.6 Tính chọn quạt ly tâm.................................................................................................22.7 Tính chọn quạt hướng trục..........................................................................................22.8 Tính sơ bộ giá thành....................................................................................................2

3 KẾT LUẬN & ĐÁNH GIÁ................................................................................................24 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................2

1 MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu sơ lược về mít

Trang 1


Mít -Artocarpus heterophyllus- thuộc họ Dâu tằm- Moraceae. Cây gỗ cao 12m tới 20m. Lá hình trái xoan nguyên hay chia thùy về 1 phía, dài 10-20cm. Cụm hoa đực (dái Mít) và cái đính trên thân cây hoặc trên các cành già. Quả to hình trái xoan hay thuôn, dài tới 60 cm, nặng tới 20-30kg hay hơn nữa. Quả mít chín có màu lục vàng, là 1 lọai quả kép gồm nhiều quả bế mang bởi 1 bao hoa nạc trên 1 đế hoa chung. Mỗi hốc là 1 hạt (thực ra là quả bế) bao bởi 1 lớp nạc mềm màu vàng ( tức là bao hoa).

Mít có nguồn gốc ở miền Nam Aán Độ và Malaysia, hiện được trồng khắp nước ta, trong các vườn gia đình, quanh khu dân cư, trên nương rẫy.

Nhân dân ta dùng quả mít còn non để ăn luộc, xào, nấu canh, hoặc muối dưa chua; xơ mít tham gia vào thành phần 1 lọai dưa gọi là nhút (có vùng làm nhút nổi tiếng như Thanh Chương ở Nghệ An); xơ mít chín cũng dùng muối nén ăn được như dưa chua. Quả mít chín có các muối mít to, thơm ngọt dùng để ăn tươi, chế nước sinh tố, ăn luộc hoặc phơi khô làm rau ăn hoặc làm mứt khô hay ngâm trong xirô để tráng miệng. Người ta xác định thành phần chủ yếu trong phần ăn được của mít: nước 72.3%; protein 1.7%; lipid 0.3%; đường tổng số 23.7%. Trong 100 gam ăn được có: Ca 27g; P 38mg; Fe 0.6mg; Na 2 mg; K 407 mg; và các vitamin: tương đương caroten 235 UI; B1 0.09mg; B2 0.11mg; P 0.7 mg; C 9 mg. Cứ 100 g mít sẽ cung cấp cho cơ thể 94 calo.

Hạt mít cũng ăn được, có thể luộc, nướng hay rang chín, phơi khô làm bột hoặc ghế với cơm; bột này có khi được trộn với bột đậu tương để làm đậu phụ. Lá mít dùng để nuôi gia súc có tác dụng kích thích sự tiết sữa.

1.2 Giới thiệu sơ lược về bơm nhiệt

Năm 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên của thế giới. Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có bước phát triển riêng của mình. Ngày nay bơm nhiệt đã trở nên quen thuộc và được ứng dụng trong các ngành kinh tế sử dụng nguồn nhiệt nhiệt độ thấp như:

- Công nghệ sấy và hút ẩm- Công nghệ chưng cất, tách chất- Các quá trình thu hồi nhiệt thải- Công nghệ thực phẩm

1.3 Phương pháp thực hiện quá trình công nghệ:

Ta sẽ thiết kế hệ thống sấy mít sử dụng bơm nhiệt, năng suất sản phẩm 50kg/mẻ. Mít nguyên liệu trước khi đem vô buồng sấy đã được chần sơ, nhiệt độ của mít lúc đưa vào

buồng sấy là 35oC. Sau khi mít được đặt trên các khay đưa vào buồng sấy thì cửa buồng sẽ đóng kín, không

khí trong buồng sẽ đi qua bộ xử lý không khí (gồm thiết bị bốc hơi, thiết bị ngưng tụ, quạt ly tâm), không khí sẽ lần lượt được làm lạnh tách ẩm (trong thiết bị bốc hơi)rồi được đun nóng( trong thiết bị ngưng tụ), sau đó nhờ quạt ly tâm đưa vào buồng sấy. Không khí sau khi qua buồng sấy sẽ lại được đưa vào bộ xử lý không khí, rồi lại vào buồng sấy.

Không khí trước khi vào buồng sấy có nhiệt độ 41oC, độ ẩm tương đối 60%. Không khí ra khỏi buồng sấy có nhiệt độ 34oC, độ ẩm tương đối 96,4%.

Trang 2


2 PHẦN TÍNH TÓAN

2.1 Tính cân bằng vật chất và năng lượng

2.1.1 Các thông số của không khí ngòai trờiĐộ ẩm tương đối: = 80%Nhiệt độ:

to= 27oCAùp suất hơi bão hòa:

= (theo [8] công thức 2.31)

=0.0355 (bar) =26.613(mmHg)Aùp suất riêng phần của hơi nước

Trang 3


P = Pb. =0.035x0.8=0.0284 (bar) =21.291(mmHg)Aùp suất không khí:

B=0.993 (bar)=745(mmHg)

2.1.2 Các thông số của mít

Nhiệt độ vào của mít : tv1=35(oC)Nhiệt dung riêng : C=1360.6 (j/kg độ)f = 1.38(m2/kg vật liệu khô)Kích thước 1 múi: 5.5x3x1 (cm)G2 (năng suất): 50kg/mẻĐộ ẩm tuyệt đối ban đầu W1 :257%Độ ẩm tuyệt đối của sản phẩm W2 :40%Độ ẩm tuyệt đối cân bằng Wcb :15%Khối lượng vật liệu khô:

= (50x100)/(100+40)=35.714 (kg/mẻ)

Số múi/kg vật liệu khô: N*= 276 (múi/kg vật liệu khô)Số múi mít ứng với G2 :

N’= NxGo=276x35.714=9857.06 9858 (múi) (làm tròn lên)Diện tích 1 múi chiếm chỗ trên khay:

s’=(5.5+0.2)x(3+0.2)/10000 =0.001824 (m2)Khối lượng ẩm còn lại trong vật liệu sau khi sấy:

Ga2 = G2 – Go =50-35.714=14.286 (kg/mẻ)Khối lượng mít trước khi sấy:

=35.714x(1+275/100)=127.500(kg/mẻ)

Khối lượng ẩm trong mít trước khi sấy:Ga1 = W1. Go/100 =275x35.714/100= 91.786 (kg/mẻ)

Lượng ẩm tách ra: =91.786 -14.286=77.500 (kg/mẻ)

2.1.3 Các thông số của buồng sấy:

*Khay:Kích thước 1 khay: chiều dài Lk =1(m) , chiều rộng Wk =1(m), chiều cao Hk =0.04 (m)Diện tích bề mặt 1 khay: S= 1 (m2)Số múi trên 1 khay :

N” = S/s’ = 548.25 549(múi/khay) (làm tròn lên)Số khay cần:

n= N’/N” =9858/549=17.956 18(khay)

*Buồng sấy:Tường buồng sấy làm bằng gạch đỏ dày 0.25m có hệ số dẫn nhiệt 0.7W/m2K.Chiều dài buồng sấy Lb =1.3(m) Chiều rộng buồng sấy Wb =1.5(m)Chiều cao buồng sấy Hb = 1.4(m)Chiều cao 1 múi mít =0.01(m)

Trang 4


Chiều cao 18 lớp mít:Hm = .n =0.01x18= 0.18(m)

Chiều cao của 18 khay:H’k = n.Hk = 18x0.04= 0.72(m)

Khỏang cách từ sàn buồng sấy cho tới tấm che phía trên khay thứ 18: H’b=0.9(m)Diện tích tự do cho tác nhân sấy đi qua:

Ftd =Lb.H’b – Lk.Hm=1.3x0.9-1x0.18=0.99 (m2)Diện tích nền :

Fn = Lb.Wb = 1.3x1.5 = 1.95(m2)Diện tích 4 tường xung quanh:

Ft = 2( Lb.Hb + Wb.Hb) =2(1.3x1.4+1.5x1.4)=7.84(m2)

2.1.4 Tính tóan quá trình sấy lý thuyết:

Chọn vận tốc của tác nhân sấy v=1.800 (m/s)t1 : 41(oC)

1 :60%Aùp suất hơi bão hòa của tác nhân sấy vào buồng sấy:

= 0.077 (bar)

Hàm ẩm của tác nhân sấy vào buồng sấy:

= 0.622x0.6x0.077/(0.993-0.6x0.077)=0.030

(kg ẩm /kg không khí khô) (theo[7] công thức 1.6)Entalpy của tác nhân sấy vào buồng sấy:

I1 = [t1 +d(2500+1.842t1)].1000=[41+0.03(2500+1.842x41)]= 119174.991 (j/kg không khí khô) (theo [7] công thức 1.15)

Khối lượng riêng của không khí vào buồng sấy:

=[1.293x273/(273+41)](1-0.378x0.6x0.077/0.993)= 1.104 (kg/m3)

(theo [7] công thức 1.11)Trong đó

= 1.293 (kg/m3) To = 273(oC)B = 0.993(bar)

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy t2 =34(oC)

Pb2 = = 0.053 (bar)

I2 =I1 = 119174.991 (j/kg không khí khô)

d2 = =(119174.991/1000-34)/(2500+1.842+34)= 0.033

(kg ẩm / kg không khí khô)

Trang 5


2 = 0.993x0.033/[0.053x(0.622+0.033)]=95.336%

(theo [8] công thức 2.19)Giá trị 2 khá phù hợp do đó ta sẽ lấy nhiệt độ t2 = 34oC như đã chọn lúc trước.

2 =[1.293x273/(273+34)](1-0.378x0.953x0.053/0.993)

= 1.128 (kg/m3)Khối lượng riêng trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

=( + 2 )/2=(1.104+1.128)/2=1.116 (kg/m3)Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm:

=1/(0.033-0.03)=346.705 (kg không khí khô/ kg ẩm)

(theo [8] công thức 7.14)Lượng không khí khô cần thiết trong 1 giờ:

Lo = lo.W =346.705x26869.661 (kg không khí khô/h) (theo [8] công thức 7.14)Hệ số trao đổi ẩm:

=0.0229+0.0174x1.8=0.054 (kg/m2.h.mmHg) =40.668 (kg/m2.h.bar) (theo [7] công thức 5.64)

Cường độ sấy:Jm = (Pm – P) =40.668(0.065-0.048)=0.678 (kg/m2h) (theo [7] công thức 5.52)Trong đóPm =(Pb1 + Pb2 )/2: áp suất hơi trên bề mặt vật liệu sấy(tính 1 cách gần đúng)P =(P1 + P2)/2 : áp suất hơi trong tác nhân sấy

Tốc độ sấy đẳng tốc :N = 100Jmf =100x0.678x1.38= 93.504 (%/h) (theo [7] công thức 5.63)

Hệ số sấy tương đối:

= 1.8/257=0.007 (theo [8] công thức 5.25)

Độ ẩm tới hạn:

=1/0.007+15=182.778(%) (theo [7] công thức 3.36)

Thời gian sấy đẳng tốc:(W1 – Wth)/N =(257-182.778)/93.504= 0.794 (h) (theo [7] công thức 5.67)

Thời gian sấy giảm tốc:

= =2.904(h)

(theo [7] công thức 3.44)Thời gian sấy tổng cộng:

=3.698 (h)Lượng ẩm thóat ra trong 1 giờ:

W= G/ =77.5/3.698=20.957(kg/h)

2.1.5 Tính tóan quá trình sấy thực:

*Tổn thất qua kết cấu bao che:

Trang 6


Tường buồng sấy làm bằng gạch đỏ dày 0.25m có hệ số dẫn nhiệt 0.7W/m2K.Giả thiết nhiệt độ bề mặt trong của tường là tw1=33.924 (oC)Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

tf1=(t1+t2)/2=(41+34)/2=37.5(oC)Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa tác nhân sấy và mặt trong của tường:

q1 = 1.715(tf1 – tw1)1.333 =1.715(37.5-33.924)1.333= 9.374 (W/m2)

(theo [8] công thức 7.50)Mật độ dòng nhiệt do dẫn nhiệt:

=0.25(33.924 – tw2)/0.25 (theo [8] công thức 7.43)

Với q1 = q2 nên có được tw2 = 30.576 (oC)Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngòai của tường với không khí xung quanh:

q3 = 1.715(tw2 – tf2)1.333 =1.715(30.576-27)1.333= 9.374 (W/m2) (tf2 là nhiệt độ môi trường xung quanh tf2 =27oC)

Kiểm tra lại điều kiện q3 = q1 nên giá trị tw1 = 33.924oC chọn ban đầu là chính xác.Tổn thất ra môi trường xung quanh:

Qt = 3600.q1.Ft = 3600x9.374x7.84=264582.776 (J/h)Tổn thất qua nền:

Qn = 3600.qn.Fn =3600x33.375x1.95= 234292.5 (j/h)Trong đó qn = 33.375(W/m2) (giả sử buồng sấy xây cách tường nhà 1m)(theo [8] bảng 7.1 trang142)

Tổng tổn thất qua kết cấu bao che:Qbc = Qt + Qn =264582.776+234292.5= 498875.276 (J/h)qbc = Qbc/ W=498875.276/20.957 =11178.021(J/kg ẩm)

*Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:Chọn nhiệt độ ra của mít là tv2=36(oC)Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:

Qv =G2Cv(tv2 – tv1)/ =50x1360.6(36-35)/ 3.698 = 18398.916 (J/h)qv = Qv/W =18398.916/20.957= 877.806 (J/kg ẩm)

*Tính = Ca tv1 - qbc -qv = 4180x35 - 11178.021 - 887.806 = 134234.173(J/kg ẩm)

(theo [8] công thức 7.20)

*Tính tóan lưu lượng tác nhân sấy:i2 =1000(1.842t2 +2500) =1000(1.842x34+2500) = 2562628 (J/kg ẩm)Cdx(d1) = 1000(Cpk + Cpad1) =1000(1+1.842x 0.03) = 1055.910 (j/kgđộ) (theo [8] trang173)

=0.03+1055.91(41-34)/(2562628-134234.173)= 0.033

(kg ẩm/ kg không khí khô)I2 =[t2 +d(2500+1.842t2)].1000 =[34+0.033(2500+1.842x34)].1000=119583.595

(J/kg không khí khô)

=0.993x0.033x100%/(0.053(0.622+0.033))=96.421(%)

Trang 7


=1/(0.033-0.03)=328.543(kgkhông khí khô/kg ẩm)

L =lW =328.543x20.957 =6886.297 (kgkhông khí khô/h)Khối lượng riêng của không khí khô ở nhiệt độ trung bình trong buồng sấy:

=1.293x273/310.5=1.286 (kgkhông khí khô/m3)

: nhiệt độ trung bình trong buồng sấy (oK)Khối lượng ẩm ứng với 1 m3 không khí khô (ở nhiệt độ trung bình trong buồng sấy):

= =1.286x0.0315=0.041 (kg ẩm/m3không khí khô)

=(0.03+0.033)/2=0.0315(kg ẩm/kg không khí khô)Lưu lượng không khí khô qua buồng sấy:

V=L/ =6886.297/1.286=5355.092 (m3 không khí khô/h)Lưu lượng không khí ẩm qua buồng sấy:

V’=(L + V )/ =(6886.297+5355.092x1.286x0.0315)/1.116=6366.855 (m3 không khí /h) = 1.769 (m3 không khí/s)

Tốc độ của tác nhân sấy:v’ = V’/Ftd = 1.769/0.99=1.786(m/s)

Sai số của giá trị v chọn ban đầu:

=(1.8-1.786)x100%/1.786=0.759(%)

Vậy giá trị v đã chọn ban đầu có thể xem là hợp lý.

*Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thị I-d

+ A:(1)IA =I1 = 119174.991 (J/kg không khí khô)tA = 41(oC)

+ B: (2)dB =0.033 (kg ẩm/kg không khí khô)IB = I2 = 119583.595 (J/kg không khí khô)tB = 34(oC)

+ C : (3)

Trang 8


dC = dB = d2 = 0.033(kg ẩm/kg không khí khô)

PbC = 0.993x0.033/(0.622+0.033)=0.051(bar)

tC =(4026.42/(12-ln(PbC))-235.5=(4026.42/(12-ln(0.051)))-235.5=33.223(oC)IC =[tC +dC(2500+1.842tC)]1000=[33.223+0.033(2500+1.842)]1000=118758.486(J/kg không khí khô)

+ D: (4)dD = dA = d1 =0.030(kg ẩm /kg không khí khô)

PbD =0.993x0.03/(0.622+0.03)=0.046(bar)

tD =(4026.42/(12-ln(PbD))-235.5=(4026.42/(12-ln(0.046)))-235.5=31.629(oC)ID =[tD +dD(2500+1.842tD)]1000= [31.629 +0.03(2500+1.842x31.629)]1000

= 109280.411(J/kg không khí khô)

2.2 Tính chọn máy nén

Điểm t (0C) P (bar) H (kJ/kg) v (dm3/kg) s(kJ/kg)1 3 5.487 705.381' 6 5.487 707.6 43.77 1.7522 68.1 17.266 736.77 1.7523 45 17.266 716.34 45 17.266 555.975 3 5.487 555.97

qo = h1 – h5 =705.38-555.97= 149410 (j/kg)Lượng hơi thực tế hút vào xylanh:

G =Q/qo =23000/149410 =0.154(kg/s) (theo [5] trang102)Lấy Q=23(KW)

Thể tích hơi thực tế hút vào xylanh:

Trang 9


V=G.v1’ =0.154x0.04377= 0.0067379 (m3/s)=24.256(m3/h) (theo [5] trang102)Hệ số chỉ thị thể tích:

(theo [5] trang102)

Chọn C=0.05= =0.1(bar)

= =0.873

Hệ số tổn thất không thấy được:

=(273+3)/(273+45)=0.868 (theo [5] trang102)

Hệ số lưu lượng của máy nén: = i. w' =0.873x0.868=0.757 (theo [5] trang102)

Thể tích chuyển dời của pittông:Vh = V/ = 0.0067379/0.757=0.008896 (m3/s) (theo [5] trang102)

Công suất đọan nhiệt:Na = G(h2 – h1’)= 0.154(736.77-707.6)x1000= 4490.396 (W) (theo [5] trang102)

Hiệu suất chỉ thị:=0.868+0.0025x3=0.875 (theo [5] trang102)

Đối với R22 chọn b=0.0025Công suất chỉ thị:

Ni = Na/ = 4490.396/0.875=5129.392 (W) (theo [5] trang102)Công suất ma sát:

Nm = Vh.Pmx102x1000 = 0.008896x0.5x100x1000=444.825 (W) (theo [5] trang102)Công suất hiệu dụng:

Ne = Ni + Nm =5129.392+444.825 =5574.217 (W) (theo [5] trang102)Công suất trên trục máy nén truyền động trực tiếp:

N=Ne = 5574.217 (W) (theo [5] trang102)Hệ số lạnh hiệu dụng:

Ke =Q2 /Ne = 19708/5574.217=3.536 (theo [5] trang102)Theo [5], phụ lục 2, trang 526, ta chọn lọai máy nén pittông 1 cấp lọai F4C của hãng MYCOM (Nhật Bản), có các đặc tính kỹ thuật:

D=65(mm)S=50(mm)z=4Tốc độ quay:1000(v/phút)Thể tích hút: 39.8(m3/h)Năng suất lạnh:22700(kcal/h) 26.36(kW)Công suất trên trục: 6.9(kW)

2.3 Tính tóan thiết bị bốc hơi

Công suất = (IB – ID)L/3600= (119583.595-109280.411) x6886.297/3600=19708.551 (j/s) Chọn Q2 =21000 (j/s)Sử dụng thiết bị bốc hơi cánh phẳng có ống làm bằng đồng, cánh làm bằng nhômChọn bước cánh SC =0.005(m)

Trang 10


Bề dày cánh =0.0004(m) Bước ống đứng S1 = 0.04(m)Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2 = 0.04(m)Đường kính trong dtr = 0.014(m)Đường kính ngòai dng = 0.016(m)Chọn vận tốc dòng khí v2 (m/s) =4.5(m/s)Chọn số cụm ống theo chiều không khí z =2Chiều dài cánh theo chiều dài không khí:

L = S2.z=0.04x2=0.08(m)Đường kính tương đương:

= =0.00772(m)

(theo [5] trang 150)

=4.5x0.00772/(1.5x10-5)= 2316.084

=1.5x10-5(m2/s)Công thức dùng để xác định Nu nói trên có thể sử dụng được bởi vì (theo [5] trang 150)

=2316.084 trong khỏang 500-2500dng=0.016(m) 10-16mmL/dtđ = 0.08/0.00772=10.362 4-50SC/dng=0.005/0.0016=0.313 0.18-0.35S1/dng=0.04/0.0016=2.5 2-5tkh =(tB +tD)/2= (34+31.629)/2=32.815 -40oC-40oC

=0.45+0.0066x10.362=0.518 (theo [5] trang 150)

=-0.28+0.08x2316.084/1000=-0.095 (theo [5] trang 150)

=1.36-0.24x2316.084/1000=1.304 (theo [5] trang 150)

A =0.321 (theo [5] trang 150)=0.419 (theo [5] trang 150)

=0.419 x 2316.0840.518 x 10.362 -0.095 =18.648

(theo [5] công thức 6.20)Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

=18.648 x 0.0257 /0.00772=62.078(W/m2K)

kk= 0.0257(W/m.độ) (theo [10] trang 149)Hệ số tỏa nhiệt qui ước:

=1/[1/(62.078 x 4.184) + 5x10-3 + 0.00162]=95.518

(theo [5] công thức 6.69)Với Rc , Rn : nhiệt trở chỗ tiếp xúc giữa cánh và ống, nhiệt trở do nước ngưng tụ.

Trang 11


Lấy Rc =5.10-3(m2K/W) (theo [5]trang 226)

=0.001/0.6176=0.00162(m2K/W)

Với , là chiều dày lớp nước (m), hệ số dẫn nhiệt của nước .

Lấy =0.001m, =0.6176 (W/m.K) (lấy ớ 30oC theo [10] trang133).

=1 + 2480 x 0.003 /2.371=4.184

(theo [5] công thức 6.71): biến thiên hàm ẩm và nhiệt độ không khí trứơc và sau khi đi qua bề mặt truyền

nhiệt.=dB – dD = 0.033 - 0.03=0.003 (kg ẩm/ kg không khí khô) = tB – tD =34 – 31.629 = 2.371 (oC)

Thông số = =79.887

(theo [5] công thức 6.74)Trong đóHệ số dẫn nhiệt của cánh c =203.5 (W/mđộ) (theo [5] trang 237)

Chiều cao qui ước của cánh:=0.5 x 0.016 (2.875-1)(1+0.35ln2.875)=0.021(m)

(theo[5] trang 151)Trong đó :

=1.15S1/dng =1.15x0.04/0.016= 2.875 (theo [5] trang 152)

Hiệu suất của cánh:

=th(79.887x0.021)/(79.887x0.021)=0.565 (theo [5] trang 152)

Diện tích cánh của 1 m ống:

=2[0.04x0.04 - 3.14x0.0162/4]/0.005=0.56(m2/m)

(theo [5] trang 198)Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.016x(1-0.0004/0.005)=0.046 (m2/m) (theo [5] trang 198)

Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:F = Fc + Fo =0.56+0.046=0.606 (m2/m) (theo [5] trang 198)

Diện tích bề mặt trong của 1 m ống:=3.14x0.014=0.044 (m2/m)

Hệ số làm cánh:=0.606/0.044=13.782

Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong củaống:

=95.518x(0.56x0.565x0.85/0.044+0.046/0.044)=685(W/m2K)

(theo[5] công thức 6.73)Trong đó =0.85

Trang 12


Chọn nhiệt độ vách tv =7.599(oC)Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống:

qtr= =685(32.815-7.599)=17272.96 (W/m2) (theo [5] công thức 6.76)Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

=21000/17270.332=1.216(m2) (theo [5] công thức 6.77)

Diện tích cho không khí đi qua: fkh = V’/v2 =1.769 /4.5=0.393 (m2)

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của 1 cụm ống ( khi bố trí các cụm ống dọc theo chiều chuyển động của không khí):

( theo[5] công thức 6.79)

=0.393x3.14x0.014/(0.04-0.016-2x0.0004x0.012/0.005)=0.782(m2) Trong đó h = (S1 – dng)/2 =0.012(m)

Số cụm ống làm việc song song: z*=F*tr/F’tr =1.216/0.782=1.555 (theo [5] công thức 6.80)

So sánh với giá trị z đã chọn ban đầu ta sẽ chọn z=2, ta sẽ có truyền nhịêt lớn hơn diện tích cần thiết và lấy nó làm công suất dự trữ cho thiết bị.

*Nhiệt độ sôi của R22 trong thiết bị bay hơi là to = 3oCKhối lượng riêng của R22 lỏng =1274.2 (kg/m3)Nếu ta xem lượng nhiệt làm quá nhiệt hơi R22 trong ống là không đáng kể thì vận tốc của R22 lỏng trong ống là:

=4x21000/(3.14x0.0142x2x149410x1274.2)=0.35(m/s)

(theo [5] trang 238)Trong đó qo = h1 – h5 =149410(J/kg)

Mật độ dòng nhiệt về phía R22 do lỏng bay hơi:

= [1.355(7.599-3)]2.5(x1274.2/0.014)0.5=17301.97 (W/m2)

(theo[5] công thức 6.50) Trong đó A=1.355 (theo [5] bảng 6.28 trang219)

Vì qtr qa-tr từ đó ta thấy chọn tv = 7.599 oC hợp lý.Tổng chiều dài ống trong 1 cụm ống :

=0.393/(0.04-0.016-2x0.0004x0.012/0.005)=17.8 (m)

(theo[5] công thức 6.81)Số hàng ống trong 1 cụm ống :

=[17.8/(0.04x1.93)]0.5=15.184 chọn m=18

Trong đó chọn K=1.93Chiều dài của 1 ống trong cụm ống :

l = L1/m =17.8/18=0.989 1(m)

Trang 13


*Kiểm tra lại vận tốc không khí sau khi chọn m:+Diện tích tiết diện cho không khí đi qua của 1 m chiều dài ống có cánh:

=(0.04-0.016)(0.005-0.0004)/0.005=0.0221(m2/m)

+ Tổng diện tích cho không khí đi qua:Fkh = m.l.f’kh =18x1x0.0221=0.397(m2)

+ Vận tốc không khí :v’1 =V’/Fkh = 1.769 /0.397=4.45(m/s)

+ So sánh với vận tốc đã chọn ban đầu v1 =4.5m/s ta có:

=(4.5-4.45)x100%/4.45=1.126(%)

Vậy các thông số đã chọn là hợp lý.Lưu lượng R22 lỏng đi trong ống :

G*=Q2/qo =21000/149410=0.14(kg/s)

Vì v1. kk=4.5x1.116=5.022 (kg/m2s) nên theo [5] thì với vận tốc khối này các hạt nước vẫn chưa bay đi theo gió, do đó ta không cần phải đặt các thiết bị chắn phía sau thiết bị bay hơi.

2.4 Tính tóan thiết bị ngưng tụ trong

Công suất Q1 = (IA – ID)L/3600 =18926.948(j/s)Chọn Q1 =19500(j/s)Sử dụng thiết bị ngưng tụ cánh phẳng có ống làm bằng đồng, cánh làm bằng nhômChọn bước cánh SC =0.003(m) Bề dày cánh =0.0003(m)Bước ống đứng S1=0.04(m)Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2=0.04(m)Đường kính trong dtr =0.014(m)Đường kính ngòai dng=0.016(m)Chọn vận tốc dòng khí v1 =4(m/s)Số cụm ống theo chiều không khí z=6Chiều dài cánh theo chiều dài không khí L = S2.z=0.24(m)Đường kính tương đương:

=2(0.04-0.016)(0.03-0.0003)/(0.04-0.016+0.003-0.0003)=0.0049(m)Công thức dùng để xác định Nu nói trên có thể sử dụng được bởi vì

=4x0.0049/(1.5x10-5)=1078.053 trong khỏang 500-2500

dng=0.016(m) 10-16mmL/dtđ =0.24/0.0049=49.444 4-50SC/dng=0.003/0.016=0.188 0.18-0.35S1/dng=0.04/0.016=2.5 2-5tkh =(tA+tD)/2=(31.629+41)/2=36.315oC -40oC-40oC

=0.45+0.006x49.444=0.776

Trang 14


=-0.28+0.08x1078.053/1000=-0.194

=1.36-0.24x1078.053/1000=1.101

A=0.049 (theo [5] trang150)=0.049x1.101=0.054

=0.054x1078.0530.776 (49.444)0.194=5.766 (theo [5] công thức 6.20)

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

=5.766x0.0257/0.0049=30.53(W/m2K)

kk= 0.0257(W/m.độ) (theo [10] trang 149)

=[2x30.53/(203.5x0.0003)]0.5=31.625

Trong đóHệ số dẫn nhiệt của cánh c =203.5 (W/mđộ) (theo [5] trang 237)

Chiều cao qui ước của cánh:=0.5x0.016(2.875-1)(1+0.35ln2.875)=0.021(m)

Trong đó :

=1.15x0.04/0.016=2.875


=th(31.625x0.021)/(31.625x0.021)=0.879 (theo [5] công thức 6.22)


=2[0.04x0.04 - 3.14x0.0162/4]/0.003=0.933(m2)

Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.016(1-0.0003/0.003)=0.045(m2)

Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:F = Fc + Fo =0.933+0.045=0.978(m2)

Diện tích bề mặt trong của 1 m ống:=3.14x0.014=0.044(m2)

Diện tích bề mặt ngòai của 1 m ống:=3.14x0.016=0.05(m2)

Hệ số làm cánh :

=0.978/0.044=22.245

Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt ngòai:

Trang 15


=30.53(0.933x0.879x0.85/0.978+0.045/0.978)=23.163(W/m2K)

(theo [5] công thức 6.21)Trong đó =0.85

Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất trong bình ngưng và không khí :

=(41-31.629)/ln[(45-31.629)/(45-41)]=7.765(OC)

Trong đó tK =45oC là nhiệt độ ngưng tụ của môi chất trong bình ngưng.Chọn giá trị =tk - tv =1.143oC ( độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ vách)Mật độ dòng nhiệt về phía không khí theo bề mặt trong của ống:

= =3374.043(W/m2)

(theo [5] trang188)(theo [5] trang 622)

= dtr – dng =0.002(m)Hệ số tỏa nhiệt về phía R22:

(theo [5] trang188)

=0.72[180800x1108x0.07663x9.81/(1.96x10-7x0.014x1.43)]0.25=2951.116(W/m2K)Trong đó

=h2 – h4 =736770 - 555970=180800(J/kg)=1108 (kg/m3)

λ = 0.0766(W/mK)ν = 1.96x10-7(m2/s)

Mật độ dòng nhiệt về phía R22:=2951.116x1.43=3374.011(W/m2) (theo [5] trang189)

Vì qkh-tr qa-tr nên giá trị đã chọn ban đầu là chính xác. Diện tích bề mặt trong của bình ngưng:

=19500/3374.011=5.77(m2)

(theo [5] trang189)Tổng chiều dài ống của bình ngưng:

=5.77/0.044=131.1(m) (theo [5] trang189)

Chọn chiều dài 1 ống là: l (m)Tổng số ống trong bình ngưng:

=131.1 132 (ống)(làm tròn lên) (theo [5] trang189)

Chọn số ống thực n’=132(ống)Số ống bố trí trên mặt chính diện:

=132/6=22(ống) (theo [5] trang189)

Diện tích tiết diện cho không khí đi qua của 1 m chiều dài ống có cánh:

Trang 16


=(0.04-0.016)(0.003-0.0003)/0.003=0.022(m2/m)

(theo[5] trang198)Tổng diện tích cho không khí đi qua:

Fkh = n1.l.fkh =22x1x0.022=0.475(m2) (theo [5] trang190)Vận tốc không khí: v’1=V’/Fkh =1.769 /0.475=3.969(m/s) (theo [5] trang190)So sánh với vận tốc đã chọn ban đầu v1 =4m/s ta có:

=(4-3.969)x100%/3.969=0.779(%)

Vậy vận tốc đã chọn ban đầu là hợp lý.Lưu lượng R22 lỏng trong thiết bị:

G’=Q1/(h3 – h4) =19500/(716300-555970)= 0.123(kg/s)

2.5 Tính tóan thiết bị ngưng tụ ngòai

Lưu lượng R22 lỏng trong thiết bị:G’’=G* - G’ =0.14-0.123=0.017(kg/s)

Q3* = G’’(h3 – h4) = 0.017(716300-555970)=2725.6(J/s)Lấy công suất của thiết bị ngưng tụ ngòai Q3 =2800(J/s)Nhiệt độ không khí vào và ra khỏi thiết bị lần lượt là:t1 = 27oC ,t2 = 29oCNhiệt độ trung bình của không khí trong thiết bị: 28oCThông số nhiệt vật lý của không khí ở 28oC (theo [5] trang 186)

Ckh =1009(j/kg)=1.169(kg/m3)

=2.57x10-2(W/mK)ν kh = 15.91x10-6(m2/s)

Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt bình ngưng:Gkh =Q3/[Ckh(t2 – t1)]=2800/[1009(29-27)]=1.388(kg/s)

Thể tích không khí giải nhiệt:Vkh =Gkh/ =1.388/1.169=1.187(m3/s)

Sử dụng thiết bị ngưng tụ cánh phẳng có ống làm bằng đồng, cánh làm bằng nhômChọn bước cánh SC =0.004(m) Bề dày cánh =0.0003(m)Bước ống đứng S1=0.05(m)Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngòai ống S2=0.05(m)Đường kính trong dtr =0.01(m)Đường kính ngòai dng=0.012(m)Chọn vận tốc dòng khí v3 =3(m/s)Số cụm ống theo chiều không khí z=1Chiều dài cánh theo chiều dài không khí L = S2.z=0.05(m)Đường kính tương đương:

=2(0.05-0.012)(0.004-0.0003)/(0.05-0.012+0.004-0.0003)=0.0049(m)Công thức dùng để xác định Nu nói trên có thể sử dụng được bởi vì

Trang 17


= 3x0.0049/(15.91x10-6)=1271.54 trong khỏang 500-2500

dng=0.012(m) 10-16mmL/dtđ = 0.05/0.0049=7.415 4-50SC/dng=0.004/0.012=0.333 0.18-0.35S1/dng=0.05/0.012=4.167 2-5tkh =(t1+t2)/2=(27+29)/2=28oC -40oC-40oC

=0.45+0.0066x7.415=0.499

=-0.28+0.08x1271.54/1000=-0.178

A=0.37

=1.36-0.24x1271.54/1000=1.055 (theo [5] trang150)

=0.37x1.055=0.391

=0.391x1271.540.499x7.415-0.178=9.676 (theo [5] công thức 6.20)

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí:

=9.676x0.0257/0.0049=36.875(W/m2K)

kk= 0.0257(W/m.độ) (theo [10] trang 149)

=[2x36.875/(203.5x0.0003)]0.5=34.757

Trong đóHệ số dẫn nhiệt của cánh c =203.5 (W/mđộ) (theo [5] trang 237)

Chiều cao qui ước của cánh:=0.5x0.012x(4.792-1)(1+0.35ln4.792)=0.035(m)

Trong đó :

=1.15x0.05/0.012=4.792


=th(34.757x0.035)/( 34.757x0.035)=0.687 (theo [5] công thức 6.22)


=2(0.05x0.05-3.14x0.0122/4)=1.193(m2)

Diện tích khỏang giữa các cánh của 1 m ống :

=3.14x0.012(1-0.0003/0.004)=0.035(m2)

Tổng diện tích mặt ngòai có cánh của 1 m ống:F = Fc + Fo =1.193+0.035=1.228(m2)

Trang 18


Diện tích bề mặt trong của 1 m ống:=3.14x0.01=0.0314(m2)

Diện tích bề mặt ngòai của 1 m ống:=3.14x0.012=0.0377(m2)

Hệ số làm cánh :

=1.228/0.0314=39.119

Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt ngòai:

=36.875 (1.193x0.687x0.85/1.228+0.035/1.228)=20.76(W/m2K)

(theo [5] công thức 6.21)Trong đó =0.85

Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất trong bình ngưng và không khí :

=(29-27)/ln[(45-27)/(45-29)]=16.98(OC)

Trong đó tK =45oC là nhiệt độ ngưng tụ của môi chất trong bình ngưng.Chọn giá trị =tk - tv = 4.6oC ( độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ vách)Mật độ dòng nhiệt về phía không khí theo bề mặt trong của ống:

(theo [5] trang188)

=(16.98-4.6)/{0.0314/(20.76x1.228)+2x0.0314x0.002/[(0.0314+0.0377)x85.37]}=10446.078(W/m2)

(theo [5] trang 622)= dtr – dng =0.002(m)

Hệ số tỏa nhiệt về phía R22:

(theo [5] trang188)

=0.72[180800x1108x0.07663x9.81/(1.96x10-7x0.01x4.6)]0.25=2266.569(W/m2K)Trong đó

=h2 – h4 = 180800(J/kg)=1108 (kg/m3)

λ = 0.0766(W/mK)ν = 1.96x10-7(m2/s)

Mật độ dòng nhiệt về phía R22:=2266.569x4.6=1046.216 (W/m2) (theo [5] trang189)

Vì qkh-tr qa-tr nên giá trị đã chọn ban đầu là chính xác. Diện tích bề mặt trong của bình ngưng:

=2800/10446.078=0.268(m2) (theo [5] trang189)

Tổng chiều dài ống của bình ngưng:

=0.268/0.0314=8.553(m) (theo [5] trang189)

Trang 19


Chọn chiều dài 1 ống là: 0.8 (m)Tổng số ống trong bình ngưng:

=8.553/0.8 11 (ống)(làm tròn lên) (theo [5] trang189)

Chọn số ống thực n’=14(ống)Số ống bố trí trên mặt chính diện:

=14/1=14(ống) (theo [5] trang189)

Diện tích tiết diện cho không khí đi qua của 1 m chiều dài ống có cánh:

=(0.05-0.012)(0.004-0.0003)/0.004=0.035(m2/m)

(theo[5] trang198)Tổng diện tích cho không khí đi qua:

Fkh = n1.l.fkh =14x0.8x0.035=0.394(m2) (theo [5] trang190)Vận tốc không khí: v’3=Vkh /Fkh =1.178/0.394=2.99(m/s) (theo [5] trang190)So sánh với vận tốc đã chọn ban đầu v1 =2.5m/s ta có:

=(3-2.99)x100%/2.99=0.33(%)

Vậy vận tốc đã chọn ban đầu là hợp lý.

2.6 Tính chọn quạt ly tâm

Trở lực qua thiết bị ngưng tụ trong:

=(6+9x6)(0.04/0.016)-0.23(1078.053)-0.26=7.909

(công thức II.72 trang 404 tài liệu [10])

=7.909x1.116x42/2=70.612(Pa)

Trở lực qua thiết bị bốc hơi:=(6+9x2)(0.04/0.016)-0.23(2316.084)-0.26=2.593

=2.593x1.116x(4.5)2/2=29.3(Pa)

Các trở lực khác lấy bằng 20(Pa).Chọn vận tốc không khí trước khi vào quạt là5.5(m/s) và khi ra khỏi quạt là 9.5(m/s).

=1.116(9.52 – 5.52)/2=33.48(Pa)

Trang 20


Cột áp tổng:=70.612 + 29.3 + 20 + 33.48 = 153.392(Pa)

Ta chọn quạt .Tốc độ không khí vào quạt:

vvào = V’/Svào =1.769/(3.14x0.6352/4)=5.586(m/s)Tốc độ không khí ra khỏi quạt:

vra = V’/Sra =1.769/(0.426x0.426)=9.75(m/s)Vận tốc không khí vào ra thực tế xấp xỉ giá trị chọn ban đầu, do đó ta sẽ chọn quạt này.Công suất trên trục động cơ điện:

=(1.769 x 153.392 x 9.81 x 1.116)/(1000 x 0.6 x 1)=4.95(KW)

=1 (lắp trực tiếp trục với động cơ điện)=0.6

2.7 Tính chọn quạt hướng trục

Trở lực qua thiết bị ngưng tụ ngòai:

= =(6+9x1)(0.05/0.012)-0.23(1271.54)-0.26=4.962

= =4.962x1.16x(3)2/2=25.9(Pa)

Cột áp động:=1.16x(32)/2=5.22(Pa)

Cột áp của quạt:=25.9+5.22=31.12(Pa)

Chọn quạt hướng trục bốn cánh lọai Công suất trên trục động cơ điện:

N=(1.187x31.12x9.81x1.16)/(1000x0.55x1)= 0.764(KW)

2.8 Tính sơ bộ giá thành

STTChi tiết, thiết bị

Đơn giá(nghìn đồng)

Số lượng(cái)

Thành tiền(nghìn đồng)

Trang 21


1234567891011121314

Thiết bị ngưng tụ trongThiết bị ngưng tụ ngòaiThiết bị bốc hơiMáy nénXe gòongBuồng sấyQuạt hướng trụcQuạt ly tâmNhiệt kế thủy ngânNhiệt kế điện trởAùp kế lò xoCác thiết bị tự độngĐường ốngCác chi tiết phụ khác

8000100030001050015002000800900050200300

11111111422

80001000300010500150020008009000200400600

1000015001000

Tiền vật tư tổng cộng: 49.5 triệu đồngTiền công chế tạo ( lấy bằng 300% tiền công vật tư):148.5 triệu đồngTổng số tiền cần thiết :198 triệu đồng.

3 KẾT LUẬN & ĐÁNH GIÁ Thiết bị kết hợp được 2 khả năng làm lạnh hút ẩm và làm nóng nên tiết kiệm được năng

lượng. Thiết bị phù hợp với những trường hợp sấy vật liệu không sử dụng nhiệt độ cao(nó có thể ứng dụng trong sấy lạnh). Thiết bị có cấu tạo khá đơn giản.

Hiệu quả tách ẩm của thiết bị không những phụ thuộc vào điều kiện môi trường bên ngòai, lọai vật liệu sấy…, mà còn phụ thuộc vào độ kín của hệ thống.

Bên cạnh việc sử dụng thiết bị bốc hơi để tách ẩm thì ta có thể dùng các lọai vật liệu tách ẩm (silicagel) để làm công đọan tách ẩm.

Ta có thể tận dụng những máy lạnh có sẵn trên thị trường để lắp đặt nhanh.Để đảm bảo thiết bị họat động an tòan thì cần phải có các thiết bị an tòan và các thiết bị

điều khiển tự động. Ngòai ra, để có thể theo dõi được các thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc không khí…, thì ta cũng cần có các thiết bị đo.

Trong quá trình tính tóan cân bằng vật chất ta đã sử dụng những công thức gần đúng, từ đó dẫn đến những sai số cho quá trình chọn thiết bị sau này

Trang 22


4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Phạm Văn Bôn, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm-tập5-Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2002.[2]. Phạm Văn Bôn, Sổ tay dẫn nhiệt không ổn định-thông số nhiệt lý của thực phẩm và nguyên liệu, Tp.Hồ Chí Minh 2004.[3]. Trần Ngọc Chấn, Điều hòa không khí, NXB Xây Dựng, Hà Nội 2002.[5].Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXBĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2004. [6]. Nguyễn Đức Lợi, Tự động hóa hệ thống lạnh, NXBGD, 2002.[7]. Nguyễn Văn Lụa, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm-tập7-Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2001. [8]. Trần Văn Phú, Tính tóan và thiết kế hệ thống sấy,NXBGD, Hà Nội, 2000.[9]. Phạm Văn Tùy, Bơm nhiệt sấy lạnh và hút ẩm BK-BSH18, KH&CNN, No65, 2005.[10]. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất-tập 1,2, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1992.

Trang 23

thiết kế hệ thống sấy mít sử dụng bơm nhiệt năng suất sản phẩm 50kgmẻ

Documents