Đề tài Vai trò chế biến lương thực - Sản xuất bánh đa

M ỤC L ỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: VAI TRÒ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC SẢN XUẤT BÁNH ĐA 1.1.Vai trò của việc chế biến lương thực 1.2. Bánh đa và nhu cầu người tiêu dùng 1.2.1.Đặc điểm và phân loại bánh đa 1.2.2.Ứng dụng của bánh đa 1.3.Công nghệ sản xuất các loại bánh đa hiện nay 1.3.1.Sản xuất bánh đa nem thủ công 1.3.2.Sản xuất bánh đa cứng 1.3.3.Sản xuất bánh đập 1.3.4.Sản xuất bánh đa bằng máy CHƯƠNG II: MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2.1. Nhiệm vụ thiết kế 2.2 Các tính năng cần đạt của thiết bị 2.2.1 Tính liên hoàn 2.2.2 Tính liên tục 2.2.3 Tính tự động 2.2.4 Đa dạng sản phẩm 2.2.5 Tính kinh tế CHƯƠNG III: LỰA CHỌN KẾT CẤU VÀ LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA 3.1.Bộ phận cấp bột 3.1.1.Cấp bột hồ bằng máng hộp có điều chỉnh lưu lượng 3.1.2. Hệ thống cấp bột bằng trục 3.1.3. Phân tích lựa chọn kết cấu cho hệ thống cấp bột 3.2. Bộ phận hấp 3.2.1 Hệ thống hấp bằng nồi đốt trực tiếp đặt dưới băng hấp 3.2.2 Hệ thống hấp bằng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ 3.2.3. Phân tích lựa chọn kết cấu cho hệ thống hấp 3.3.Bộ phận sấy 3.3.1 Hệ thống sấy băng tải 3.3.2 Hệ thống sấy tiếp xúc 3.3.3. Chọn phương án cho hệ thống sấy 3.4. Bộ phận cắt bánh đa 3.4.1. Quá trình cắt bánh 3.4.2. Cuộn bánh 3.4.3. Chọn phương án cho hệ thống thành phẩm 3.5 Chọn phương án dẫn động cho các bộ phận 3.5.1 Băng tải 3.5.2. Dẫn động cho bộ phận cắt 3.6. Lập sơ đồ nguyên lý máy sản xuất bánh đa liên tục 3.6.1. Sơ đồ nguyên lý 3.6.2. Nguyên lý làm việc CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ KHÂU CẤP BỘT HỒ 4.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống cấp bột hồ 4.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cấp bột 4.1.2. Chi tiết hộp định dạng 4.2. Thiết kế thùng chứa máng dẫn 4.3. Thiết kế bộ phận khuấy trộn bột 4.3.1. Chọn lọai cánh khuấy 4.3.2. Xác định công suất khuấy CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHÂU HẤP 5.1.Xác định các kích thước tính toán của khoang hấp 5.1.1. Sơ đồ cấu tạo hộp hấp 5.1.2. Tính toán các kích thước khoang hấp 5.2. Tính toán nhiệt 5.2.1 Mục đích 5.2.2. Mô tả bài toán nhiệt dùng hộp hấp 5.2.3. Tính toán nhiệt cho hộp hấp 5.3. Các thông số cấu tạo chính của kết cấu 5.4. Thiết kế hệ dẫn động cho khâu hấp 5.4.1.Thiết kế băng tải hấp CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI 6.1. Mục đích sấy bánh đa 6.2. Tính chất vật liệu sấy 6.2. 1. Cấu trúc vật liệu sấy 6.2.2. Độ ẩm của bánh đa 6.2.3 Những hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình sấy bánh đa 6.3. Chọn chế độ và phương pháp sấy bánh đa 6.3.1. Cơ sở thành lập chế độ sấy 6.3.2.Các loại chế độ sấy cơ bản 6.3.3 Cơ sở đánh giá chế độ sấy 6.3.4. Đặc điểm của các loại chế độ sấy 6.3.5. Các loại chế độ sấy 6.3.6.Chọn chế độ sấy và phương án sấy 6.4. Xác định các thông số vật lý của bánh đa 6.4.1.Các thông số yêu cầu 6.4.2. Các thông số vật lý của bánh đa 6.5. Tính toán cân bằng vật chất 6.5.1. Phương trình cân bằng vật chất 6.5.2. Khối lượng bánh sấy đi vào thiết bị sấy trong 1 giờ 6.5.3. Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ 6.5.4. Chọn tác nhân sấy 6.6. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 6.6.1. Xác định các thông số không khí ngoài trời 6.6.2. Xác định trạng thái không khí sau calorife trước khi vào buồng sấy 6.6.3. Xác định thông số của không khí sau quá trình sấy lý thuyết 6.6.4. Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm 6.6.5. Lưu lượng thể tích trung bình V0 6.6.6. Nhiệt lượng tiêu hao Q0 6.7. Thiết kế băng tải sấy và xác định kích thước máy sấy 6.7.1. Xác định vận tốc băng tải sấy 6.7.2. Xác định chiều dài, chiều rộng băng tải sấy 6.7.3. Xác định đường kính tang và chiều dài tang của băng tải 6.7.4. Kích thước của máy sấy băng tải 6.8. Tính toán nhiệt thiết bị sấy băng tải 6.8.1. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi 6.8.2. Tổn thất do băng tải mang đi 6.8.3. Tổn thất ra môi trường 6.9. Tính toán quá trình sấy thực 6.9.1. Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d 6.9.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 6.9.3. Tính lượng không khí nóng trong quá trình sấy thực 6.10. Công suất nhiệt và lượng hơi cần thiết 6.11. Tính toán thiết kế Calorifer 6.11.1. Thông số của hơi nước và không khí 6.11.2. Thông số và cấu tạo ống trao đổi nhiệt 6.11.3. Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình 6.11.4. Tính vận tốc của không khí trong caloirfer 6.11.5. Xác định hệ số tỏa nhiệt từ hơi nước đến thành ống 6.11.6 Xác định hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài ống đến không khí ak 6.11.7. Xác định hệ số truyền nhiệt K 6.11.8. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt F của calorifer 6.12. Đường ống dẫn hơi và dẫn nước ngưng 6.12.1. Đường kính ống dẫn hơi vào calorifer 6.12.2. Đường kính ống dẫn nước ngưng ra 6.13. Tính toán và chọn quạt 6.13.1. Tính toán và chọn quạt 6.13.2. Chọn quạt và xác định công suất quạt CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HƠI 7.1. Các thông số ban đầu 7.2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nồi hơi 7.3. Tính toán quá trình cháy và tiêu hao nhiên liệu 7.4. Thể tích của không khí và sản phẩm cháy 7.4.1 Thể tích không khí lý thuyết cần thiết 7.4.2 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết 7.4.3. Đặc tính sản phẩm cháy thay đổi khi hệ số không khí thừa thay đổi 7.4.4. Entanpi của không khí và sản phẩm cháy 7.4.5. Cân bằng nhiệt và tính tiêu hao nhiên liệu cho nồi hơi 7.5. Tính toán thiết kế buồng lửa 7.5.1. Tính thể tích và kích thước cơ bản của buồng lửa 7.5.2. Đặc tính cấu tạo của buồng lửa 7.5.3. Tính toán nhiệt buồng lửa 7.6. Tính toán thiết kế cụm ống lửa 7.6.1. Đặc tính cấu tạo của cụm ống lửa 7.6.2. Tính truyền nhiệt cụm ống lửa 7.6.3. Đồ thị xác định chiều cao ống lửa 7.7. Tính khí động nồi hơi 7.7.1. Tính đường kính ống khói 7.7.2. Tính trở lực đường khói 7.7.3 Tính chiều cao ống khói 7.8. Tính thiết kế bền các bộ phận chính của nồi hơi 7.8.1. Thân lò 7.8.2. Ống lò 7.8.3. Mặt sàng 7.8.4. Ống lửa 7.9. Tính chọn quạt gió CHƯƠNG VIII: TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ - MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA CHƯƠNG IX: LẮP RÁP, VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA 9.1. Lắp ráp các bộ phận của máy sản xuất bánh đa 9.2. Các bước vận hành máy 9.3. Bảo dưỡng và thay thế TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG I VAI TRÒ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC - SẢN XUẤT BÁNH ĐA 1.1.Vai trò của việc chế biến lương thực : Ngành nông nghiệp nước ta có ưu thế về nhiều mặt nên rất phát triển, đặc biệt là sản lượng thu được không những đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu nước ngoài bằng chứng là nước ta xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Hàng năm một lượng gạo rất lớn được xuất khẩu, nhưng đa số là gạo thô nên ngoại tệ thu nhập được từ xuất khẩu là rất thấp.Vấn đề đặt ra thay vì xuất khẩu gạo thô chúng ta sẽ xuất khẩu những sản phẩm được chế biến từ gạo thì thu nhập trên mỗi đơn vị gạo là rất cao. Yêu cầu ngành công nghiệp chế biến ra đời ngày càng phát triển mạnh, ngày càng cao về cả số lượng lẫn chất lượng sản phẩm đa dạng về hình thức và chủng loại. Máy móc thiết bị không ngừng được đổi mới dây chuyền công nghệ ngày càng được cải tiến đặc biệt giải phóng sức lao động nặng nhọc năng suất thấp của người dân, tăng năng suất, sản lượng cải tiến đời sống, giải quyết việc làm cho người lao động. Sản phẩm của ngành công nghiệp chế biến rất đa dạng kịp thời đáp ứng mục đích sử dụng của người dân trong nước và đáp ứng được chất lượng xuất khẩu. 1.2. Bánh đa và nhu cầu người tiêu dùng : 1.2.1.Đặc điểm và phân loại bánh đa: a./. Đặc điểm: Bánh đa hay còn gọi là bánh tráng. Thành phần chính của bánh đa là gạo bột, nước và một số các chất phụ gia. Hình dạng của bánh đa rất đa dạng với kích thước có thể dày mỏng từ 0,1 đến vài milimeters, có dạng hình tròn hoặc hình vuông, chữ nhật kích thước a.b, với độ mềm cứng khác nhau. Bánh đa thường dùng để ăn không hoặc ăn cùng với một số loại thức ăn tạo thành những món ăn hấp dẫn hoặc dùng để làm nguyên liệu để chế biến một số thực phẩm như cuốn ram, cuốn nem… b./. Phân loại: Phụ thuộc vào vùng miền sản xuất, tuỳ theo hình dạng kích thước độ dày mỏng, độ khô, phương pháp sản xuất, nguyên liệu làm bánh và mục đích sử dụng của khách hàng mà bánh đa có các loại sau: Loại mềm: Bánh lề (bánh đa nem), bánh cuốn. Loại cứng: Bánh nhúng, bánh đập, bánh để nướng. 1.2.2.Ứng dụng của bánh đa: Bánh đa là món ăn phổ biến của mọi người hay nó còn là món ăn đặc sản đậm nét văn hoá truyền thống của người Việt nói riêng và tất cả du khách nói chung. Những món ăn từ bánh đa dần dần là món không thể thiếu trong khẩu phần ăn của mọi người, mọi gia đình khắp mọi miền, không những thế những món ăn từ bánh đa rất đa dạng rất ngon được giới thiệu với bạn bè ngoại quốc và có thể xuất khẩu ra thị trường tiêu dùng nước ngoài. Hàng năm, một lượng bánh đa nhiều loại khác nhau được các nhà hàng, quán ăn nhập với số lượng rất lớn, người sản xuất không thể đủ đáp ứng các dịch vụ ăn uống ngày càng tăng của người tiêu dùng. Sản phẩm bánh đa rất đa dạng về kích thước kích cỡ độ dày mỏng và độ dài rộng và cả hình tròn…Chất lượng của bánh đa cũng thật đa dạng, của mỗi vùng mỗi miền cho một chất lượng bánh với nhiều kiểu dáng khác nhau. Đáp ứng cho nhu cầu tiêu dùng ngày một nhiều của quí khách hàng từ trước đến giờ bánh đa các loại chủ yếu được sản xuất bằng bánh đa thủ công theo phương pháp gia truyền. Các cơ sở sản xuất thủ công rải rác theo từng cụm dân cư, từng làng nghề là chủ yếu, đặc điểm của việc sản xuất bàng bánh đa thủ công là mất nhiều sức lao động, nhưng năng suất lại rất thấp và phải phụ thuộc vào thời tiết nắng mưa, sản xuất thủ công chủ yếu vào mùa nắng trong khi đó nhu cầu dùng bánh vào mùa mưa là rất nhiều không thua mùa nắng. Cho đến nay trên thị trường đã có một số loại máy sản xuất bằng bánh đa bán thủ công nhưng cũng chỉ có thể đem lại một số lợi ích cơ bản cho người lao động nhưng năng suất không ổn định, thấp và còn tốn nhiều lao động, do chưa có hệ thống sấy khô trực tiếp mà phải dùng hình thức sấy tự nhiên bằng ánh nắng mặt trời. Tóm lại, sự cần thiết ra đời những máy móc dây chuyền công nghệ tự động liên tục hiện đại để đáp ứng nhu cầu kịp thời cho người tiêu dùng đồng thời giải phóng bớt sức lao động và tăng năng suất, sản phẩm bánh đa ngày một phong phú, đa dạng. 1.3.Công nghệ sản xuất các loại bánh đa hiện nay: 1.3.1.Sản xuất bánh đa nem thủ công a./.Quy trình công nghệ sản xuất: Gạo Vo gạo Ngâm gạo Xay gạo Đóng gói Hấp Khuấy Lắng bột Hơi bảo hoà Giá phơi Trãi vĩ Nước Nhiệt b./. Thuyết minh qui trình sản xuất : Chuẩn bị gạo : Chọn loại gạo. Gạo phải còn nguyên không bị vỡ vụn. Gạo có độ dẻo, thơm vừa. Vo gạo : Sau khi chọn loại gạo thích hợp, tiến hành định lượng rồi cho vào thùng có chứa nước tiến hành vo gạo cho sạch, thường theo kinh nghiệm thì vo hai lần là đủ. Ngâm gạo: Gạo sau công đoạn vo tiếp tục cho vào thùng ngâm với nước (nước máy hoặc nước giếng nhưng phải thật sạch không mùi). Tiến hành ngâm cho tới khi thấy hạt gạo trương phồng to mềm nhũn thì cho thêm muối ăn với tỉ lệ 10:1, một ít muối có thể làm tăng tính đậm đà cho bánh đồng thời làm tăng chất đạm. Thông thường ngâm với thời gian từ ba đến năm giờ đồng hồ ( tuỳ theo từng loại gạo). Xay bột: Dùng máy xay bột nước, cho gạo cùng với nước vào xay, ta được bột gạo lỏng để làm bánh. Lắng bột: Bột lỏng sau khi xay cho vào chậu để lắng, thời gian lắng theo kinh nghiệm từ 10 giờ đến 12 giờ, lấy bột lắng, tiến hành khuấy đều kiểm tra độ sánh của bột theo yêu cầu từng loại bánh. Hấp (Công đoạn tráng): Băng hấp thực chất là một băng vải, vải đặc biệt theo kinh nghiệm người làm bánh lâu năm thường sử dụng đó là loại vải For, xếp thành hai lớp, băng vải được trùm kín lên miệng của nồi nước sôi được gia nhiệt bằng củi đốt trên băng vải cạnh mép nồi, khoét một lỗ nhỏ để thêm nước do tổn thất. Bột tráng được cho vào muỗng tráng cho lên băng vải tráng đều mỏng, đậy nắp nồi hấp thời gian từ 5 tới 10 giây. Bánh chín dùng đũa tách bánh ra khỏi băng vải cho lên vỉ. Trải vỉ: Vỉ được làm bằng băng lưới, hoặc bằng tre, bánh chín được trải lên đầy vỉ rồi đem phơi. Phơi: Vĩ được phơi bằng ánh nắng tự nhiên cho đến khi nào đạt đến độ khô. Khi bánh khô thì tiến hành đóng gói bảo quản để đưa vào sử dụng. 1.3.2. Sản xuất bánh đa dày cứng: Qui trình sản xuất loại bánh này cũng gần với qui trình sản xuất bánh đa mềm chỉ khác là để tăng độ cứng của bánh ta tiến hành cho thêm một số chất phụ gia vào công đoạn làm bột như bột lọc. Thứ hai lượng muối cho vào công đoạn này thường cho ít muối hơn. Tính chất bánh này đặc biệt ở chổ là cứng nên bảo quản được lâu dài, song có nhược điểm là thời gian phơi lâu hơn và ít sử dụng. 1.3.3.Sản xuất bánh đập: Bánh đập thực chất là một hình thức của bánh đa nướng được đập kẹp với chiếc bánh vừa hấp xong. 1.3.4.Sản xuất bánh đa bằng máy: a./. Sơ đồ qui trình công nghệ: Hình 1.3.4 : Dây chuyền sản xuất bánh đa bán thủ công bằng máy Động cơ điện Đường bột cấp Bột lỏng Cánh khuấy Đường bột xuống Thanh chắn dòng bột Máng chứa bột Xã tràng Thùng chứa bột tràng Van vệ sinh Trục quay Máng dẫn định dạng Lò xo Tang dẫn động Băng tải dưới Bột vào tủ hấp Tủ hấp Nước ngưng ra Băng tải trên Tang đuôi Dao gạt Tang dẫn động Tấm vỉ bằng lưới Bánh đa trên mặt vỉ Tang đuôi Lò hơi Bình tách hơi ẩm Đường hơi vào Tủ hấp b./. Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất: Bột đạt yêu cầu đưa từ bể chứa lên thùng chứa, từ thùng chứa bột qua máng dẫn, dưới tác động cơ cấu điều chỉnh của van điều chỉnh, điều chỉnh lưu lượng bột cấp lên băng vải, kích thước của chiếc bánh sẽ được định dạng và được điều chỉnh bởi thanh gạt và hộp định dạng. Bột được băng tải kéo qua thanh gạt, bột được rải đều liên tục đi vào buồng hấp, sau thời gian khoảng 10 giây, bánh chín và được dao gạt, tách ra khỏi băng vải đặt lên tấm vỉ chuyển động bởi hệ băng tải riêng.Tấm vỉ, được lấy ra liên tục tiến hành đem phơi nắng cho đến khi nào bánh đạt đến độ khô, ta thu xếp cắt xén theo kích thước tuỳ chọn, cuối cùng đóng bao và nhập kho. Hơi hấp được cấp từ nồi hơi nhỏ và được đốt bằng củi hoặc than đá… CHƯƠNG II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2.1. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế máy sản xuất bánh đa liên tục Với các số liệu: Năng suất: G = 50 kg/h. Sản phẩm: Bánh đa mỏng (bánh đa nem) Kích cỡ sản phẩm: Chiều rộng: b = 200 ÷ 400 mm Chiều dài: δ = 0,1÷ 0,2 mm Hơi bảo hoà khô có: Ph =1,5 at Độ ẩm cuối của bánh đa : ω2 = 14% 2.2 Các tính năng cần đạt của thiết bị: Cơ sở thiết kế máy phải thoả mãn các chỉ tiêu dưới đây như: Tính liên tục, tính liên hoàn, tự động, đa dạng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, tính kinh tế cao. 2.2.1 Tính liên hoàn: Toàn bộ kết cấu của máy từ bộ phận cấp bột hồ đến bộ phận hấp, bộ phận sấy, qua bộ phận cắt xén hoặc cuộn tròn phải là một khối liên hoàn hoạt động ảnh hưởng lẫn nhau, tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu cả về chất lượng lẫn về năng suất. 2.2.2 Tính liên tục: Liên tục sản phẩm được tạo ra một cách đều đặn, điều này đồng nghĩa với khâu đầu vào của thiết bị hoạt động đồng bộ, bột qua máy cấp bột liên tục được cấp đều lên băng hấp và liên tục được tách khỏi băng hấp và sang băng hấp. Tất cả các khâu hoạt động một cách đồng bộ liên tục gián tiếp qua kết cấu của các bộ phận cơ khí như trục, băng tải, băng sấy, và lô cuốn, cắt bởi động cơ điện thông qua các bộ giảm tốc, bộ điều tốc. Máy hoạt động liên tục mười hai giờ mỗi ngày . 2.2.3 Tính tự động: Bột tự động được cấp lên thùng chứa bằng bơm có thiết bị điều khiển. Thiết bị cấp bột, thiết bị hấp, băng tải phải được hoạt động nhẹ nhàng. Nhiệt độ hơi bảo hoà khô trong tủ hấp được điều khiển ổn định trong phạm vi cho phép. Máy sẽ tự động dừng khi xảy ra sự cố một trong các khâu thiết bị và hoạt động trở lại khi khắc phục các sự cố. Tất cả các trục dẫn động đều được gắn bộ điều tốc và hộp giảm tốc. Nghĩa là tốc độ của máy, của băng tải, máy cắt, là hoàn toàn có thể điều khiển được. 2.2.4 Đa dạng sản phẩm : Sản phẩm được thiết kế có thể điều chỉnh kích thước như chiều rộng có thể thay đổi từ 200mm đến 400mm, chiều dày từ 0,1 đến 0,5 mm. Sản phẩm sản xuất ra có độ dày, mỏng và kích thước dài ngắn theo yêu cầu, liên tục được máy cắt thành từng tấm có kích thước giống nhau, hoặc có thể cuộn tròn bằng các tang cuốn hoặc có thể làm thành hình tròn bằng cách qua gia công thêm lần nữa. 2.2.5 Tính kinh tế: Nguồn năng lượng được sử dụng cấp cho máy làm việc gồm năng lượng điện để chạy các động cơ điện và nguồn năng lượng thứ hai là hơi bảo hoà dùng để hấp và để sấy, được đốt bằng củi, than đá… Tất cả các thiết bị sử dụng nhiệt như nồi hơi, đường ống dẫn hơi, tủ hấp, buồng sấy, phải được cách nhiệt, hạn chế các tổn thất đến mức thấp nhất có thể. Vận hành máy và các thiết bị phụ tải đồng bộ, đúng qui trình đặt ra hạn chế tổn thất năng lượng do vận hành, giảm kinh tế. Cơ giới hoá tự động hoá cao, số lao động trực tiếp tham gia sản xuất vận hành là rất thấp. CHƯƠNG III LỰA CHỌN KẾT CẤU VÀ LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY SẢN XUẤT BÁNH ĐA 3.1.Bộ phận cấp bột: 3.1.1.Cấp bột hồ bằng máng hộp có điều chỉnh lưu lượng : Cấp bột là quá trình chuyển bột từ thùng chứa hoặc máng chứa bột lên máng dẫn tạo thành màng bột liên tục cấp cho băng hấp với độ dày của lớp bột hoặc kích cỡ của dòng bột có thể điều chỉnh được bởi bộ phận điều chỉnh. Thực chất của phương pháp cấp bột này là máng dẫn bột trung gian, bột được cấp lên các máng dẫn này tạo thành dòng có lưu lượng yêu cầu với vận tốc dài bằng vận tốc dài của băng hấp. a./. Sơ đồ nguyên lý: Hình3.1.1: Cấp bột bằng máng hộp có điều chỉnh lưu lượng Cách khuấy. Bột lỏng. Van cấp bột Động cơ điện. Thùng chứa. Máng dẫn Van điều chỉnh. Tang quay. Khuôn hình hộp. Băng tải (vải). b./. Nguyên lý làm việc: Bột từ bể trữ bột được bơm, bơm lên theo đường (3) vào thùng chứa (5) tại đây bột được khuấy trộn bởi cách khuấy (1) kéo truyền động cho cánh khuấy là động cơ điện có hộp giảm tốc (4). Thùng bột được đặt cao hơn băng tải hấp tạo độ chênh lệch áp suất thuỷ tỉnh và trọng lượng cột lỏng, bột được cấp xuống băng vải (10) qua máng dẫn hình hộp (6) và được điều chỉnh lưu lượng bằng van (7). Bột đổ xuống băng vải và được tập trung trong hộp (9) do hộp được chế tạo với ba mặt tiếp xúc với băng vải, mặt tiến còn lại có thể điều chỉnh khe hở giửa bề mặt băng với mép thanh gạt (9) (điều chỉnh độ dày của dòng bột), băng tải chuyển động dòng bột được thanh gạt, gạt thành lớp mỏng đều đặn. 3.1.2. Hệ thống cấp bột bằng trục. a./.Sơ đồ nguyên lý. Hình 3.1.2 : Cấp bột bằng trục Cách khuấy. Bột lỏng. Van cấp bột . Động cơ điện. Thùng chứa bột lỏng . Thanh chắn. Máng dẫn. Băng tải (vải). Tang quay. Lò xo. Trục. Van vệ sinh. Bình gom bột tràn. Ống xả tràn. Máng chứa. Van dẫn bột. b./. Nguyên lý làm việc. Bột (2) được khuấy trong thùng chứa (5) được đưa xuống máng chứa (15) bởi ống và van xả (16). Trục (11) được quay bởi động cơ, thông qua bộ truyền xích,bột từ máng ,trục quay kéo theo được thanh chắn (5) cản bớt. Máng dẫn (7) tì sát lên trục và băng tải (8) dòng bột bị cản bởi bề dày của máng tràn lên khỏi máng chảy đều xuống băng tải, mép cuối của máng tì lên băng vải đóng vai trò như là thanh gạt. 3.1.3. Phân tích lựa chọn kết cấu cho hệ thống cấp bột: a./. Phương án cấp bột bằng máng tự chảy có van điều chỉnh: Ưu điểm: Kết cấu đơn giản. Dễ chế tạo và lắp đặt. Giá thành thấp. Dễ sửa chữa và thay thế. Nhược điểm. Khó điều chỉnh lưu lượng chính xác. Không thuận lợi cho việc bố trí tự động. b./. Phương án cấp bột bằng trục: Ưu điểm: Năng suất cấp bột cao . Bột cấp liên tục đều đặn. Có thể điều chỉnh lưu lượng, dày mỏng. Người vận hành thao tác dễ dàng. Thuận lợi cho việc bố trí tự động. Nhược điểm: Đòi hỏi chế tạo trục tương đối chính xác. Đòi hỏi vận tốc trục cấp bột sao cho bột qua băng vải phải bằng nhau. Truyền động cho trục là động cơ có hộp giảm tốc. Giá thành tương đối cao hơn phương án trên. c./. Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế. Qua việc phân tích ưu nhược điểm của hai phương án trên, ta chọn hệ thống cấp bột bằng máng tự chảy có van điều chỉnh là hợp lý nhất vì: Kết cấu đơn giản. Dễ chế tạo và lắp đặt. Giá thành thấp. Dễ sửa chữa và thay thế. 3.2. Bộ phận hấp (Tráng): Quá trình hấp là quá trình làm chín bột bằng nguồn nhiệt có thể là hơi nước hoặc bề mặt nóng bằng điện trở. Thời gian hấp phải đảm bảo, nhiệt độ hấp phải luôn ổn định, vận tốc băng tải phải thoả mãn yêu cầu, bảo đảm băng tải hoạt động đều đặn. 3.2.1 Hệ thống hấp bằng nồi đốt trực tiếp đặt dưới băng hấp. a./. Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.2.1 : Hấp bằng nồi đốt trực tiếp . Động cơ điện. Truyền xích. Tang dẫn động. Băng tải trên. Nắp nồi hấp. Băng tải dưới. Bột hấp chín. Tang đuôi. Nồi đun nước. Buồng đốt. b./. Nguyên lý làm việc: Bột từ hệ thống cấp bột qua máng dẫn được cân chỉnh độ dày và định dạng trước kích thước theo chiều ngang, dòng bột khi đổ xuống băng tải sẽ được kéo thành màng bột mỏng, được băng tải trên (4) kéo vào khoang hấp, khoang hấp thực chất là khoang chứa hơi bảo hoà có nhiệt độ 100oc, tại đây màng bột nhận nhiệt của hơi nước bảo hoà trong khoảng thời gian nhất định thì kết tinh, chín thành bánh đa, băng tải chuyển động với tốc độ ổn định phụ thuộc vào thời gian hấp và chiều dài nồi hấp, truyền động cho băng tải là động cơ điện (1) thông qua hộp giảm tốc. Nồi hấp (9) chứa nước được gia nhiệt đến sôi bốc hơi bằng củi hoặc than tổ ong trong buồng đốt củi (10). 3.2.2 Hệ thống hấp bằng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ: a./. Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.2.2 : Hấp bằng hệ thống có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ Động cơ điện. Bộ truyền xích. Tang dẫn động. Băng tải trên. Tủ hấp Nắp tủ hấp. Băng tải dưới Van cấp hơi Nước ngưng ra. Tang đuôi . Bột chín ra Thiết bị tách hơi Nồi hơi b./. Nguyên lý làm việc: Phương pháp này là: Hơi được sản xuất từ một nồi hơi nhỏ, nồi hơi (13) là nồi kiểu đứng đốt bằng than thủ công hoặc đốt bằng củi gỗ…, có công suất khoảng vài chục đến vài trăm kilogam hơi trong một giờ. Hơi bảo hoà ẩm vào thiết bị tách ẩm (12) thành hơi bảo hoà khô theo đường ống dẫn hơi qua van cấp hơi (8), từ đây hơi được đưa vào khoang hấp (5) hộp hấp bao bọc băng tải trên, có khe hở cho băng tải vào - ra trao đổi nhiệt, trao đổi chất với lớp bột trên băng vải (băng tải trên ) được băng tải kéo đi vào khoang hấp, tốc độ của băng tải phụ thuộc vào chiều dài thiết bị hấp và thời gian hấp, ra khỏi thiết bị hấp thì bột chín. Hơi bảo hoà sau khi trao đổi nhiệt với bột có nhiệt độ thấp ngưng tụ thành màng chảy xuống đáy tủ và được xả ra ngoài qua van nước ngưng (9) theo định kì. Truyền động cho băng tải là động cơ điện (1) thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích (2), tang dẫn động (3) và tang đuôi. 3.2.3. Phân tích lựa chọn kết cấu cho hệ thống hấp. a./. Phương án hấp bằng nồi hơi đốt trực tiếp dưới băng hấp: Ưu điểm: Đơn giản dễ chế tạo. Giá thành thấp. Nhược điểm: Khó bố trí lắp đặt. Khó bố trí tự động. Khó vận hành ổn định. Lượng hơi tiêu tốn trên đơn vị vật liệu cao. Khó mở rộng hoặc cải tiến cho mục đích khác. b./. Phương án hấp dùng tủ hấp có hơi cấp từ nồi hơi nhỏ: Ưu điểm: Kết cấu tủ hấp gọn, đơn giản. Dễ lắp đặt bố trí. Lượng hơi và nhiệt độ hơi cấp ổn định. Do có lò hơi riêng nên dễ dàng nâng công suất hơi, sử dụng cho nhiều mục đích khác. Năng suất hấp cao có thể mở rộng. Phương án tiên tiến phù hợp với làm việc tự động. Nhược điểm: Do có nồi hơi riêng công suất vừa nên giá thành cao, chiếm nhiều diện tích mặt bằng. Tốn chi phí vận hành. c./. Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế: Qua phân tích đánh giá ưu, nhược điểm của hai phương án giới thiệu trên và đặc biệt một điều nữa là do tính năng làm việc của hệ thống máy là có bộ phận sấy (sử dụng phương pháp gia nhiệt) cho nên ta chọn phương án hấp bằng tủ hấp có nồi hơi riêng là hợp lý nhất, sử dụng hơi nước gia nhiệt không khí trong sấy là chất lượng. Tuy nhiên, phải chấp nhận nhược điểm là giá thành lắp đặt một nồi hơi nhỏ tương đối cao. 3.3.Quá trình sấy: Sản phẩm sấy là ở dạng tấm bảng mỏng có độ ẩm rất lớn. Quá trình sấy là quá trình làm khô sản phẩm, đạt độ khô yêu cầu. Hay nói cách khác quá trình sấy thực chất là quá trình lấy bớt ẩm bằng đối lưu với không khí nóng hoặc tiếp xúc với bề mặt nóng. Yêu cầu của thiết bị sấy đảm bảo bánh ở đầu ra đạt độ ẩm yêu cầu, đảm bảo năng suất, thiết bị làm việc liên tục, hoạt động phải nhẹ nhàng, hệ thống đơn giản và có thể tự động hoá được. 3.3.1 Hệ thống sấy băng tải: a./. Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.3.1 : Thiết bị sấy băng tải Hơi nước vào Hơi nước ra. Không khí sạch. Calorife. Bánh đa khô ra. Cửa ra bánh đa. Tang bị dẫn. Băng tải. Khung buông sấy. Động cơ điện kéo quạt. Quạt hút. Khí thoát. Bánh đa ẩm vào. Tang chủ động. Động cơ kéo tang. b./. Nguyên lý làm việc: Không khí sạch (3) qua calorife khí hơi (4) nhận nhiệt của hơi nước bảo hoà đi trong ống nóng lên nhiệt độ, độ ẩm cho phép rồi đi vào buồng sấy, không khí nóng trao đổi nhiệt trao đổi chất với bánh ẩm và được quạt hút (11) hút thải ra. Bánh đa được đưa vào cửa (13) đặt lên băng sấy, băng sấy quay với tốc độ chậm, bánh đa nhận nhiêt của không khí nóng nhiệt độ tăng lên, độ ẩm giảm thành bánh đa khô (5) được lấy ra cửa (6). Dẫn động cho băng tải và quạt là động cơ điện (15) và (10) qua bộ truyền xích. Hơi dùng cho gia nhiệt không khí là hơi bảo hoà khô chuyển động cắt ngang với không khí còn không khí nóng chuyển động ngược chiều với bánh đa. 3.3.2 Hệ thống sấy tiếp xúc (Lô quay). a./. Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.3.2 : Thiết bị sấy lô quay Bánh đa ẩm vào. Lô quay. Cửa thoát khí. Thành buồng. Đường hơi cấp. Bánh đa khô. Băng tải. Không khí vào. Lưới lọc. Đường nước ngưng ra. b./.Nguyên lý làm việc: Không khí ngoài trời vào cửa (8) đi vào buồng sấy qua lưới lọc (9). Được nung nóng bởi nhiệt toả ra từ các lô sấy quay và trao đổi nhiệt, trao đổi chất với lớp bánh ẩm trên bề mặt lô và thoát ra ngoài cửa (3). Bánh đa ẩm vào (1) tiếp xúc trực tiếp với bề mặt lô nóng quay. Để tránh kéo đứt bánh người ta dùng băng tải bằng vải, lưới hoặc len cùng chuyển động áp sát bề mặt bánh. Các lô quay nhờ các bánh răng ăn khớp nhau truyền động cho các bánh quay là động cơ điện có hộp giảm tốc đốt nóng ru lô bằng hơi nước bảo hoà có áp suất khí trời, hơi nước được đưa vào và nước ngưng được lấy ra cùng một đầu trục. 3.3.3. Chọn phương án cho hệ thống sấy: a./. Phương án sấy bánh dùng băng tải: Ưu điểm: Thiết bị đơn giản. Dễ lắp đặt và chế tạo. Năng suất sấy cao. Hệ thống làm việc nhẹ nhàng. Nhược điểm: Giá thành chế tạo calorife khí hơi cao. b./. Phương án sấy dùng lô quay: Ưu điểm : Năng suất sấy cao. Độ khô sản phẩm đều. Phù hợp bố trí tự động. Nhược điểm : Hệ thống phức tạp. Yêu cầu độ gia công chính xác cao. Giá thành thiết bị cao. c./. Đánh giá lựa chọn phương án sấy phù hợp: Qua đánh giá ưu, nhược điểm hai phương án trên ta chọn phương án sấy dùng băng tải là tối ưu nhất vì: Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt. Năng suất sấy cao, thời gian ngắn. Hệ thống làm việc êm phù hợp sấy bánh đa. 3.4. Bộ phận cắt bánh đa . 3.4.1. Quá trình cắt bánh: Quá trình cắt bánh là công đoạn chia dải bánh ở dạng tấm thành những đoạn nhỏ, dải hẹp theo kích thước đã được định trước. Cắt bánh thực chất làm cho bánh bị biến dạng quá giới hạn đứt cho phép của vật liệu tạo bánh. Yêu cầu của bộ phận cắt là quá trình cắt phải liên tục kích thước cắt phải đều nhau kết cấu đơn giản hệ thống hoạt động dễ dàng. 3.4.2. Cuộn bánh: Cuộn bánh là quá trình cuộn tròn lớp bánh với chiều dày hay đường kính cuộn yêu cầu trước. 3.4.3. Chọn phương án cho hệ thống thành phẩm. Do yêu cầu tính đa dạng sản phẩm cho nên trong thiết kế máy này ta chọn hai phương án hoặc sản phẩm được cắt thành hình có kích thước yêu cầu trước hoặc sản phẩm được cuộn tròn với đường kính cuộn theo yêu cầu. Do tính năng của máy hoạt động liên tục không có chu kỳ dừng nên ta chọn phương án cắt bằng dao quay liên tục. a./. Sơ đồ nguyên lý dao quay : Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý dao quay cắt bánh đa 1_Bánh đa trước trục kéo 2_Bộ trục kéo 3_ Trục mang giao 4,5_ Dao cắt 6 _ Bánh đa thành phẩm 7_Giá cố định 8 – Lò xo căn chỉnh 9_ Thanh giữ b./. Nguyên lý làm việc: Dao cắt (6) được lắp bằng then cố định trên trục quay (3). Bánh đa được cấp một cách ổn định bởi trục (2) và cùng chuyển động với trục mang dao đến cự cắt hai lưỡi dao tiếp xúc nhau bằng lực rất lớn (lực cắt) bánh được cắt đứt dọc chiều rộng và rời ra. Chiều dài bánh đúng bằng chu vi của trục mang dao, trục mang dao có thể tăng giảm đường kính bằng cách thay trục nghĩa là bánh được cắt với chiều dài yêu cầu. Ưu điểm: Năng suất cao. Máy làm việc không dừng. Có thể thay dao thay trục dễ dàng. Nhựơc điểm: Lực cắt lớn. Mau mòn dao. 3.5 Chọn phương án dẫn động cho các bộ phận. 3.5.1 Băng tải. a./. Băng tải hấp: Do yêu cầu của nguyên vật liệu hấp nên ta chọn băng vải, băng vải vừa có nhiệm vụ vận chuyển và vừa có nhiệm vụ hấp. Mặt khác vật liệu vận chuyển có dạng bảng mỏng nên chọn băng vải có dạng phẳng. Hình 5.2 : Kết cấu băng tải hấp Tang dẫn động Băng tải bằng vải) Tang đuôi b./. Băng tải sấy: Do vật liệu sấy dạng bảng mỏng có độ ẩm lớn, để tăng cường truyền nhiệt và tăng khả năng thoát ẩm ta chọn băng tải sấy bằng băng lưới kim loại dạng phẳng. Hình 5.2 : Kết cấu băng tải sấy Tang dẫn động Băng tải (lưới kim loại) Tang đuôi c./. Phương pháp dẫn động cho băng tải Dẫn động cho băng tải thường dùng loại động cơ điện ba pha là thuận tiện nhất, việc vận hành các động cơ sẽ đơn giản. Nhưng đối với băng tải ta dùng động cơ điện có số vòng quay thay đổi, việc điều chỉnh tốc độ hoặc số vòng quay thực hiện thông qua một bộ điều khiển bằng điện mà ta gọi là bộ điều tốc . Còn về hộp giảm tốc của băng tải ta dùng hộp giảm tốc hai cấp đồng trục nối trực tiếp với động cơ bằng khớp nối đàn hồi, mục đích dùng khớp nối đàn hồi là để giảm chấn. Việc truyền động từ trục ra của hộp giảm tốc đến băng tải, do băng tải có khoảng cách trục lớn nên ta chọn bộ truyền xích vì bộ truyền xích cho phép hệ thống truyền động một cách dễ dàng, không gây ra hiện tượng như bộ truyền đai. Ngoài ra bộ truyền xích còn có ưu điểm như lắp ráp nhanh, kết cấu gọn, giá thành rẻ. Do băng tải trong các khâu hấp và sấy làm việc nhẹ nhàng nên ta có thể tính toán dùng chung một động cơ truyền động có cùng số vòng quay là tiện hơn cả. 3.5.2. Dẫn động cho bộ phận cắt a./. Bộ phận cắt Việc dẫn động cho dao cắt cũng dùng loại động cơ ba pha và dùng động cơ điện có số vòng quay thay đổi được, có hộp giảm tốc có bộ điều tốc. Tóm lại dẫn động cho hệ thống đều dùng loại động cơ điện ba pha có số vòng quay thay đổi được nhưng đồng loạt một tốc độ ở đầu ra. b./. Bộ phận cuộn Thực chất của hệ thống cuộn là các tang cuộn, việc dẫn động cho tang cuộn cũng tương tự như các bộ phận khác trong dây chuyền sản xuất . 3.6. Lập sơ đồ nguyên lý máy sản xuất bánh đa liên tục : 3.6.1. Sơ đồ nguyên lý : 1-Cánh khuấy 2-Thùng bột hồ 3-Đường cấp bột 4-Động cơ điện 5-Van điều chỉnh 6-Máng dẫn bột 7-Hộp định dạng 8-Động cơ điện 9-Tang kéo 10- Cơ cấu tráng 11-Tủ hấp 12-Băng hấp 13-Nước ngưng ra 14-Hơi vào tủ hấp 15-Tang đuôi 16-Dao gạt 17-Quạt gió 18-Động cơ kéo quạt 19-Băng tải sấy 20-Gió nóng đối lưu 21-Hộp gió 22-Trục kéo ép 23-Dao cắt 24-Calorifer khí – hơi 25-Hơi vào calorifer 26-Nồi hơi 3.6.2. Nguyên lý làm việc : Bột chuẩn bị cho việc sản xuất bánh được bơm từ bể tạo bột qua đường cấp bột (3) vào thùng chứa bột hồ hình trụ (2). Tại đây bột được khuấy trộn đều bởi cánh khuấy (1), dẫn động quay cho cánh khuấy là động cơ điện (4) có hộp giảm tốc bột được khuấy đạt trạng thái đồng nhất qua van chặn (5) chảy trong máng hộp (6) đổ xuống bề mặt băng tải hấp (12), dòng bột tràn trên băng tải và được định dạng bằng hộp định dạng (7), hộp định dạng có cấu tạo: Ba mặt bên tiếp xúc với băng tải và mặt còn lại có thanh gạt điều chỉnh tạo khe hở đúng bằng chiều dày lớp bột, dòng bột được tải qua khe hở, được tráng thành màng bột mỏng đều có chiều dày lớp bột yêu cầu, ta gọi bộ phận này là cơ cấu tráng (10).Tải bột là băng tải hấp bằng vải chuyển động được nhờ hai tang đó là tang dẫn động và tang đuôi (9) và (15) với vận tốc yêu cầu, kéo tang chuyển động là động cơ điện thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích. Lớp bột liên tục được băng tải kéo vào tủ hấp (11). Hơi nước bảo hoà khô được đưa từ nồi hơi (26) qua đường dẫn và van cấp hơi (14). Hơi bảo hoà có áp suất bằng với áp suất khí quyển chiếm đầy không gian hộp hấp và trao đổi nhiệt với lớp bột trên băng tải thành nước ngưng, nước ngưng được xả định kỳ bởi van (13). Bột ra khỏi khoang hấp chín tạo thành bánh đa ẩm được dao (16) tách ra. Bánh ẩm được đưa vào hệ thống sấy băng tải, thực chất của hệ thống sấy bánh đa bằng băng tải là bánh được rải đều trên băng bằng lưới thép (19) chuyển động cùng tốc độ với tốc độ bánh rơi trên băng. Bánh đa ẩm trao đổi nhiệt đối lưu với không khí nóng (20) chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động của băng tải. Không khí được quạt đẩy qua calorifer khí – hơi (24), hơi nước bảo hoà khô theo đường (25) vào calorifer gia nhiệt cho không khí ngưng lại thành nước ngưng được thoát ra qua van (13). Bánh ra khỏi buồng sấy đạt độ khô yêu cầu. Bánh đa khô được băng tải chuyển qua trục kéo cấp cho dao cắt (23) gồm lưỡi dao thứ nhất được gắn trên trục quay cùng chuyển động quay còn lưỡi dao thứ hai được gắn cố định trên cơ cấu giữ. Bánh đa ôm vào trục quay, dao quay mang bánh đến cự cắt dưới tác dụng của lực cắt bánh được cắt ra thành tấm với chiều dài bằng chu vi của trục mang dao cắt. CHƯƠNG IV THIẾT KẾ KHÂU CẤP BỘT HỒ 4.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống cấp bột hồ 4.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cấp bột: Trục cánh khuấy Thùng chứa bột Máng dẫn hình hộp Tang dẫn động băng tải Hộp định dạng sản phẩm Thanh gạt điều chỉnh chiều dày lớp bột Băng tải (bằng vải) Van điều chỉnh lưu lượng 4.1.2. Chi tiết hộp định dạng Vật liệu : Mica Chiều rộng của hộp : b = 400mm Chiều dài của hộp :a = 200mm Chiều cao của hộp : h = 60mm Độ cao của thanh gạt : m = 30mm Chiều dày thành hộp : d = 5mm Độ điều chỉnh : S = 5mm Độ rộng rảnh trượt : n = 5,2mm 4.2. Thiết kế thùng chứa máng dẫn : Do yêu cầu rất đặc biệt của dòng bột khi ra khỏi hệ thống cấp bột là phải liên tục thành màng bột mỏng cấp lên băng hấp nên ta chọn hộp định dạng như trên và việc dẫn bột bằng máng dẫn có kích thước x.y (x - chiều cao , y - chiều rộng ) Chọn tiết diện máng dẫn : x = 10mm y = 200mm Tiết diện ngang của dòng bột yêu cầu chảy trong máng fm = x.y = 200.10 = 2000 mm2 Xác định các thông số của dòng bột chảy trong máng + Vận tốc : wb = 0,18m/s (Vận tốc của dòng bột nằm trên băng tải trong 1 giây) + Lưu lượng của dòng bột qua tiết diện xét trong mỗi giây Gd = r.wb.fm, [kg/s] Trong đó r- khối lượng riêng của bột lỏng,[kg/m3] Bột lỏng có thành phần khối lượng nước là wbột = 80% tương ứng r = 990kg/m3 wb-vận tốc của dòng bột chảy trong máng,[m/s] fm-Tiết diện ngang của máng dẫn,[m2] => Gd = 990.0,18.0,002 = 0,356kg/s Xác định đường kính tương đương của máng dẫn theo công thức : dtđ = => dtđ = Xác định chế độ chảy của dòng bột, tj trong máng Re = Trong đó m -Độ nhớt động học của bột lỏng, [Ns/m2] m = mn(1+4,5.jb) Với : mn = 0,8937Ns/m2 – độ nhớt động học của nước jb – nồng độ pha rắn của hỗn hợp bột jb = 1 - wb = 0,2 => m = 0,8937.10-3(1+4,5.0,2) = 1,698.10-3Ns/m2 w -tốc độ của dòng bột trong máng Re = Re = 2049 Chế độ chảy dòng Xác định góc hợp với trục máng với đường nằm ngang theo quan hệ sau N = = => Sin = Trong đó : x – Chiều sâu của máng dẫn, [m] Ta có : x = 0,01m y – Chiều rộng máng dẫn, [m] Ta có : y = 0,2m k – Hệ số phụ thuộc vào tỉ số Với = 20 thì k = 12 g – Gia tốc trọng trường,[m/s2] P1, P2 - Áp suất thủy tỉnh tại hai điểm xét (vào,ra) , P1 » P2 L – Khoảng cách giữa hai điểm P1 và P2 => Sin = => = 15o 4.3. Thiết kế bộ phận khuấy trộn bột : 4.3.1. Chọn loại cánh khuấy: Chọn cánh khuấy kiểu khung lưới Có số vòng quay : n = 20vg/p ( chọn trước) Giả sử chất bột hồ chiếm 0,75 thể tích bình chứa . Chiều cao cột lỏng : H0 = 0,75.H = 0,75.0,65 = 0,5m Xác định đường kính cánh khuấy d = (0,1 ¸ 0,4).D = 0,4.0,5 = 0,2m 4.3.2. Xác định công suất khuấy Xác định chế độ khuấy theo công thức : Re = => dòng chảy rối Xác định chuẩn số công suất của cánh khuấy Theo đồ thị (hình VII )/454 ( QT TBCNHC) kN = 50 Công suất cánh khuấy được xác định theo công thức Np = kN.rb.n3.d5 = 50.990.203.0,25 = 126W =0,126kW Công suất khởi động của động cơ N = (2 ¸ 3).Np = 2Np = 2.0,126 = 0,252kW Công suất động cơ khi hiệu suất h = 0,95 và lấy dự trữ công suất là 20% Nđ = Vậy động cơ khuấy có : Nđ = 0,3kW n = 120vg/p CHƯƠNG V TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHÂU HẤP 5.1.Xác định các kích thước tính toán của khoang hấp : 5.1.1. Sơ đồ cấu tạo hộp hấp : Hình 6.1 : Sơ đồ cấu tạo tủ hấp Hình 6.1 : Sơ đồ cấu tạo tủ hấp Băng tải (băng vải) Thân tủ hấp Ống dẫn hơi vào Ống thoát nước ngưng 5.1.2. Tính toán các kích thước khoang hấp : a./. Tính chiều dài khoang hấp L1: L1 = vt.τh, [m] Trong đó : vt - Vận tốc của băng tải, m/s, được xác định theo công thức : vt = , [m/s] Với : G2 = 50kg/h_Năng suất đầu ra của máy sấy trong 1 giờ. B = 0,4 m_Chiêu rộng của bánh trên băng. δ = 0,0002 m_Chiều dày của bánh đa trên băng. ρb2_Khối lượng riêng bánh đa thành phẩm, kg/m3 ρb2 = ρb.(1 – ωb) + ρn.ωb, [kg/m3] ωb_Độ ẩm cuối của bánh đa, ωb = 14% ρb_Khối lượng riêng của bột khô, ρb =950kg/m3 ρn_Khối lượng riêng của nước, ρn = 1000kg/m3 => ρb2 = 950.(1-0,14) +1000.0,14 = 957kg/m3 => vt = τh_Thời gian hấp, s Hấp bằng hơi nước bảo hoà khô ở nhiệt độ 110oC thời gian hấp là : τh = 8s Vậy chiều dài hấp Lh : L1= 0,18.8 = 1,44 m Ta chọn L1 = 1,5 m b./. Xác định chiều rộng khoang hấp (B1) : Chiều rộng hấp được xác định bằng công thức: B1 = Bt + 2.a’ , [m] Trong đó : Bt -Chiều rộng băng tải hấp, m. Bt = b + 2.a , [m] Với : Bt = 460 mm ( Tính mục 4.4.1 ) a’- Khoảng cách giữa mép băng tải tới biên hấp. a’ = 0,02m (Chọn). Vậy: B1 = 0,46 + 2.0,02 = 0,5m. c./.Xác định chiều cao khoang hấp (H1) H1 = h + 2h’, [m] Trong đó : h_Chiều cao của khoang hấp, m Chọn : h = 0,1 m h’_Chiều cao nắp và đáy của tủ hấp, m Chọn : h’ = 0,04 m Vậy chiều cao của khoang hấp là : H1 = 0,1 + 2.0,04 = 0,18 m 5.2. Tính toán nhiệt : 5.2.1 Mục đích : Mục đích của tính toán nhiệt hấp là thành lập phương trình cân bằng nhiệt, để biết được tất cả các nhiệt lượng tiêu hao thành phần qua đó xác định được lượng hơi tiêu hao hấp trong một giờ. 5.2.2. Mô tả bài toán nhiệt dùng hộp hấp : Hình : 4.2.1 : Mô hình bài toán Phương trình cân bằng nhiệt cho hộp hấp : Qcb = Gh.r = Qhi + Qmt , W Hay : Qcb = Gh.r = Gb.Cpbôt.( tb1– tb0) + k.Fh.( tbh – tf ), W Trong đó : Qcb_Tổng nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình hấp, W Qhi_Nhiệt lượng hữu ích hấp chín bột, W Qmt_Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh, W Gh_Lượng hơi nước bảo hoà khô cấp trong một giờ, kg/h Gb_Lưu lượng khối lượng bột vào trong một giờ, kg/h Cpbột_Nhiệt dung riêng của bột, kJ/kgđộ tb0_Nhiệt độ của bột đầu vào hộp hấp, oC tb1_Nhiệt độ cho phép hấp chín bột, oC k_Hệ số truyền nhiệt, W/m2K Fh_Diện tích trao đổi nhiệt, m2 tbh_Nhiệt độ hơi bảo hoà khô, oC tf_Nhiệt độ môi trường xung quanh, oC 5.2.3. Tính toán nhiệt cho hộp hấp : a./. Xác định hệ số toả nhiệt từ hơi nước ngưng đến thành trong của hộp α1: Sơ bộ chọn nhiệt độ vách thành trong của hộp : tw1 =109,5oC Nhiệt độ của màng nước ngưng tm : tm = oC Tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bảo hoà tại tm = 109,5oC Ta được : ρ = 951kg/m3 λ = 0,685W/mK ν = 0,272.10-6m2/s Nhiệt ẩn hoá hơi tra theo tbh = 110oC (bảng nước và hơi nước bảo hoà theo nhiệt độ) ta có : r = 2230kJ/kg. Xác định đường kính tương đương của hộp : dtđ = m Xem hộp hấp như ống dẫn hơi nóng đặt nằm ngang có đường kính tương đương dtđ = 0,5m thì α1 được xác định theo công thức sau : α1 = 0,72. W/m2K. α1 = 0,72. W/m2K. b./. Nhiệt lượng do hơi cấp ra thành hộp hấp : q = α1.( tbh + tw1 ) = 12431.( 110 – 109,5 ) = 6215,5W/m2 c./. Xác định hệ số toả nhiệt α2 từ vách tủ đến môi trường xung quanh : Khi ổn định nhiệt thì nhiệt lượng tạo ra từ hơi nước ngưng đến thành trong tủ bằng nhiệt lượng mà vách tỏ ra môi trường xung quanh. α2 được xác định theo công thức sau : α2 , W/m2K Trong đó : tf _Nhiệt độ môi trường xung quanh hộp hấp, tf = 25oC tw2_Nhiệt độ bề mặt vách ngoài tiếp xúc với môi trường. Chọn : tw2 = 35oC q_Nhiệt lượng truyền qua mỗi m2 vách hộp, W/m2 q = 6215,5W/m2 Thay số ta được : α2 = W/m2K d./. Xác định hệ số truyền nhiệt k : Hộp hấp được cấu tạo gồm 3 lớp (hình vẽ) : Lớp trong cùng : Vật liệu Thép không rỉ (Inox) Chiều dày : δ1 = 1mm Hình 4.2.3 : Cấu tạo vách hộp hấp Hệ số dẫn nhiệt : λ1 = 47,0W/mK Lớp cách nhiệt : Vật liệu không khí Chiều dày :δcn = 50mm Hệ số dẫn nhiệt : λcn = 0,024W/mK (ttb = 0,5(tbh + tf) = 67,5oC) Lớp bao ngoài : Hệ số dẫn nhiệt : λ2 = 45,5W/mK tt1 _ Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp thép không gỉ và lớp cách nhiệt, oC tt2 _Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp cách nhiệt và lớp tôn, oC Do vách phẳng nhiều lớp nên hệ số truyền nhiệt k được xác định theo công thức sau : k = ,W/m2K. = W/m2K. e./. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Fh = 4.Fn + 2.Ft + 2.Fb , [m2] Fh = 4.Lh.[h’2 + (0,5.Bh)2]1/2 + 2.h.Lh + 2.(2.0,5.h’.Bh + h.Bh), [m2] = 4.1,5.[0,042 + (0,5.0,5)2]1/2 + 2.0,1.1,5 + 2.(2.0,5.0,04.0,5 + 0,1.0,5) = 1,96m2 f./. Xác định lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh : Qmt = k.Fh.( tbh – tf ), [W] Trong đó k_Hệ số truyền nhiệt , k = 0,455W/m2K Fh_Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, Fh = 1,96m2 tbh_Nhiệt độ hơi bảo hoà khô, oC tf_Nhiệt độ môi trường xung quanh, oC Thay số : Qmt = 0,455.1,96.( 110 – 25 ) = 75,765W g./. Xác định nhiệt lượng có ích : Qhi = Gb.Cpbôt.( tb1– tb0), [W] Trong đó : Gb_Lưu lượng khối lượng bột vào trong một giờ, kg/h Gb = b.δ.ρb.vt , [kg/s] Với : Vt = 0,18 m/s _ Vận tốc băng tải ρb _Khối lượng riêng của bột hồ, kg/m3 ρb = ρbôt.(1 – ωb ) + ρn.ωb = 950.(1 – 0,8) + 1000.0,8 = 990kg/m3 b_Chiều rộng của lớp bột trên băng , b = 0,4 m δ_Chiều dày của lớp bột trên băng tải, δ = 0,0002 m => Gb = 0,4.0,0002.990.0,18 = 0,0143 kg/s Cpbột_Nhiệt dung riêng của bột, kJ/kgđộ Cpbôt = Cbôt.( 1 – ωb ) + Cn.ωb = 1,46.( 1-0,8 ) + 4,2.0,8 = 3,652kJ/kgK tb0_Nhiệt độ của bột đầu vào hộp hấp, oC tb1_Nhiệt độ cho phép hấp chín bột, oC Thay số ta được : Qhi = 0,0143.3,652.103.( 110 – 25 ) = 4425,35 W h./. Xác định lượng hơi nước bảo hoà tiêu hao trong 1 giờ : Từ phương trình cân bằng nhiệt : Qcb = Qhi + Qmt = Gh.r, [W] Trong đó : r_Nhiệt ẩn hoá hơi của hơi bảo hoà khô ở 110oc r = 2230 kJ/kg => Gh = kg/h Lượng hơi nước cần dùng trong thực tế để hấp là : Ght = , [kg/h] Trong đó : ηh _Hiệu suất sữ dụng nhiệt của thiết bị hấp, % ηh = 80% (chọn) => Ght = kg/h. Vậy lượng hơi thực tế dùng để hấp chín bột trong một giờ là : Ght = 9,1kg/h. 5.3. Các thông số cấu tạo chính của kết cấu : Chiều dày cách nhiệt : δcn = 50 mm Chiều dày lớp thép Inox :δ1 = 1mm Chiều dày lớp tôn :δ2 = 0,5mm Tổng chiều dày của thành hộp hấp là : δ = δ1 + δcn + δ2 = 51,5mm Chiều dài hộp hấp : Lh = L1 + 2.δ = 1500 + 2.51,5 = 1603mm Chiều cao hộp hấp : Hh = H1 + 2.δ = 180 + 2.51,5 = 283mm Chiều rộng hấp : Bh= B1 + 2.δ = 500 + 2.51,5 = 603mm. 5.4. Thiết kế hệ dẫn động cho khâu hấp: 5.4.1.Thiết kế băng tải hấp a./. Xác định chiều rộng của băng tải : Băng tải của khâu hấp là một cơ cấu dùng để vận chuyển lớp bột vào tủ hấp. Vì vậy ta phải thiết kế sao cho chiều rộng của băng tải là hợp lý và kinh tế nhất . Hình 5.1 Cấu tạo băng tải hấp Bt- Chiều rộng băng tải a- Chiều rộng dự trữ. b- Chiều rộng của bánh đa Băng tải hấp được làm bằng vải đặc biệt khác với tất cả các băng tải khác băng tải hấp còn có công dụng hấp. Do việc vận chuyển bánh có chiều rộng : b = 200 ÷ 400 mm Ta chọn : b = bmax = 400 mm Chọn : a = 30 mm Do vậy chiều rộng của băng tải hấp được tính theo công thức thực nghiệm sau : Bt = bmax + 2.a = 400 + 2.30 = 460 mm b./. Tính lực kéo căng tấm băng : Tấm băng là một bộ phận chủ yếu của băng tải là thành phần quan trọng nhất, đắt tiền và dể hỏng nhất . Tấm băng được làm bằng vải dệt có các thớ ngang và thớ dọc tạo thành . Lực kéo căng tấm băng được tính theo công thức thực nghiệm : Tmax = Bt.z1.[kn], [N] Trong đó : z1 -Số lớp cấu tạo băng, z1 = 1 [kn]-Lực kéo đức làm việc cho phép ,[N/mm], được xác định theo các hệ số sau : Kp = 30 N/mm -Lực kéo đứt tối thiểu của vải n = 2 - Hệ số an toàn => [kn] = Vậy : Tmax = 460. 1.15 = 6900 N c./. Tính đường kính tang và chiều dài tang ; Băng tải hấp sử dụng nhiều loại tang khác nhau như : Tang dẫn động, tang đuôi, con lăn đỡ . Đường kính của các loại tang được xác định theo công thức sau : D = k1.k2.z1 , [mm] Trong đó : z1 -Số lớp cấu tạo băng, z1 = 1 k1-Hệ số phụ thuộc vào tính chất lớp vải làm băng, phụ thuộc vào kp k1 = 180 mm k2 -Hệ số phụ thuộc vào công dụng của tang Tang dẩn động và tang đuôi : k2 = 0,8 Tang đỡ và tang quay : k2 = 0,36 Đường kính tang dẫn động và tang đuôi : Dd1 = Dd2 = 180.0,8.1 = 144 mm Chọn : Dd1 = Dd2 = 150 mm Đường kính con lăn : Chọn : Dcl = 60 mm Chiều dài tang theo công thức : Lt1 = Bt+ ( 40 ÷ 100 ) = 460 + 40 = 500 mm d./. Tính công suất dẩn động băng tải hấp : Trong băng tải bột, bộ phận chuyển động được nhờ thiết bị dẩn động mà bộ phận làm việc của nó là tang trống chủ động . Đối với băng bằng vải phẳng khi truyền lực kéo là nhờ ma sát . Công suất trên trục băng tải được tính theo công thức thực nghiệm : N = , [kW] Trong đó : L-Chiều dài băng tải giửa hai trục,m L = 2,1m k-Hệ số phụ thuộc vào chiều rộng của băng tải (bảng 17.2 /TKHTS) k = 32 (Chiều rộng băng tải Bt1= 460mm). G2 – Năng suất khối lượng của băng tải, kg/h. G2 = 50kg/h. δ - Chiều dày của lớp bột trên băng, m. δ = 0.0002 mm vt - Vận tốc của băng tải, m/s vt = 0,18 m/s Thay số ta được : N = kW Do chiều dài của băng tải : L < 15 m cho nên công suât trên trục của băng tải Nt Nh = N + 20%.N = 0,21 + 0,2.0,21 = 0,252kW. e./. Tính số vòng quay của tang: nt = , vg/ph Với: vt = 0,18 m/s _ Vận tốc dài của tang dẫn. Dd1_ Đường kính của tang dẫn, Dd1 = 150 mm nt = vg/ph CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI 6.1. Mục đích sấy bánh đa : Bánh đa sau khi được hấp chín có hình dạng tấm bản mỏng, ra khỏi thiết bị hấp có độ ẩm lớn được chuyển vào hệ thống sấy. Sấy bánh đa là để làm khô bánh đạt đến độ ẩm yêu cầu, đảm bảo vấn đề bảo quản, vận chuyển và sử dụng lâu dài . 6.2. Tính chất vật liệu sấy : 6.2. 1. Cấu trúc nguyên liệu : - Bánh đa là loại vật liệu có cấu tạo đồng nhất và háo nước, tuy nhiên là loại vật liệu mỏng dễ làm ráo nước và dễ sấy. 6.2.2. Độ ẩm của bánh đa : Độ ẩm tương đối : Là lượng nước chứa trong bánh đa quy về 1 đơn vị khối lượng bánh ướt. Độ ẩm tuyệt đối : Là lượng nước chứa trong bánh quy về 1 đơn vị khối lượng bánh khô kiệt. Tính hút nước của bánh đa và độ ẩm cân bằng Bánh đa là một loại vật liệu có khả năng hút hơi nước trong không khí Khả năng hút và thoát hơi nước của bánh đa phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí. - Độ ẩm cân bằng : ω2 < ωcb < ω1 6.2.3 Những hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình sấy bánh đa : a./. Quá trình di chuyển ẩm bên trong khi sấy bánh đa : Khi sấy phần nước bên trong bánh dần dần chuyển ra mặt ngoài và bốc hơi. Tốc độ chuyển dịch ẩm từ bên trong ra ngoài bề mặt thường khó hơn bay hơi bề mặt. Độ khô của bánh phụ thuộc vào môi trường xung quanh, nếu môi trường xung quanh có nhiệt độ tăng và độ ẩm giảm thì tốc độ bay hơi mạnh. b./. Quá trình bay hơi nước trên bề mặt vật liệu Hiện tượng bay hơi nước trên bề mặt một vật ướt chỉ xảy ra khi không khí xung quanh chưa đạt đến trạng thái bão hòa tức j < 100%. Độ ẩm của không khí xung quanh càng bé thì quá trình bay hơi càng dễ dàng nước bay hơi càng mạnh, càng nhanh. Ơ môi trường không khí bão hòa nước cũng có khả năng bay hơi nhưng với điều kiện là nhiệt độ của nước phải lớn hơn nhiệt độ ủa không khí môi trường xung quanh, tốc độ bay hơi trên bề mặt tự do còn phụ thuộc độ chênh lệch áp suất giữa các phân áp suất hơi nước trên bề mặt với áp suất không khí tương ứng với độ ẩm hiện tại, độ chênh lệch được xác định. DP = Ph - Pn Trong đó : Ph : Ap suất hơi nước trên bề mặt thoáng, mm Hg Pn : Phân áp suất hơi nước trong không khí. Vì vậy : Trên bề mặt nước tự do luôn phủ một lớp hơi nước bão hòa phụ thuộc tốc độ lưu động không khí nếu có sự chuyển động tuần hoàn thì bề dày lớp hơi nước này sẽ mỏng và tạo điều kiện bay hơi nước từ mặt thoáng vào môi trường. Dưới áp suất khí quyển, lượng nước bay hơi tính được trong 1 giờ liên tục trên một m2 diện tích mặt thoáng là : m = b (Ph - Pn) , [kg/m2h] Trong đó : b : hệ số bay hơi bề mặt phụ thuộc tốc độ lưu động của dòng khí b = 0,00168 + 0,000128.ω ω[m/s] : Tốc độ lưu động của dòng khí trên bề mặt thoáng. 6.3. Chọn chế độ và phương pháp sấy bánh đa : 6.3.1. Cơ sở thành lập chế độ sấy - Quá trình sấy bánh đa là quá trình rút ẩm từ trong vật liệu ra sao cho vật liệu có được trạng thái ẩm, độ đồng đều, đạt yêu cầu về độ ẩm mong muốn trong sử dụng, bảo đảm chất lượng sấy theo yêu cầu, đồng thời rút ngắn thời gian sấy đến mức thấp nhất và quá trình sấy kinh tế nhất. - Về bản chất của quá trình dẫn ẩm, thoát ẩm trong vật liệu và yêu cầu về chất lượng của vật liệu sấy có thể rút ra điều kiện thành lập chế độ sấy. - Chế độ sấy là tập hợp tất cả các thông số có thay đổi trong quá trình sấy nhằm đảm bảo chất lượng, thời gian sấy. - Các thông số này gồm : nhiệt độ, độ chênh ẩm..... tốc độ tác nhân sấy (thường không đổi). 6.3.2.Các loại chế độ sấy cơ bản : Chế độ sấy sắp xếp theo thời gian sấy, theo độ ẩm nguyên liệu sấy Chế độ sấy về cơ bản thành lập theo phương pháp thứ 2 tức là thành lập theo độ ẩm của nguyên liệu thay đổi theo quá trình sấy. 6.3.3 Cơ sở đánh giá chế độ sấy : Tiêu chuẩn về hiệu quả của chế độ sấy Ở đây chủ yếu dựa vào kết quả thời gian sấy cụ thể của từng chế độ sấy và chất lượng cụ thể của từng vật liệu sấy mà đánh giá. 6.3.4. Đặc điểm của các loại chế độ sấy : Trong giai đoạn đầu, cần làm ẩm di chuyển từ trong ra ngoài mặt vật liệu bằng cách nung nóng sơ bộ trong môi trường không khí có độ ẩm cao, bánh đa có nhiệt độ làm nóng cho phép bị hạn chế. 6.3.5. Các loại chế độ sấy : Trong phạm vi thiết kế sử dụng phân loại chế độ sấy như sau : - Chế độ sấy gia tốc : nhiệt độ sấy cao hơn nhiệt độ sấy trong chế độ sấy định mức từ 10 ¸ 150C - Chế độ sấy nhiệt độ cao : chế độ sấy này chủ yếu dùng cho lò sấy hơi quá nhiệt với nhiệt độ sấy cao hơn 1000C và nhiệt độ kế ướt giữ cố định từ tư = 1000C. - Chế độ sấy nhiệt độ trong khoảng từ 80 ¸ 1000C 6.3.6.Chọn chế độ sấy và phương án sấy : Các phương pháp phổ biến hiện nay là. Sấy đối lưu với tác nhân là không khí nóng : Phương pháp này được áp dụng chủ yếu trong công nghiệp Ưu điểm : Cường độ sấy cao. Cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng Đạt được bật kỳ độ ẩm cuối cùng nào của vật liệu sấy. Không phụ thuộc vào thời tiết. Sấy đối lưu bằng hơi đốt Sấy đối lưu bằng hơi quá nhiệt Sấy tiếp xúc Sấy bức xạ Sấy trong điện trường của dòng điện có tần số cao Sấy bằng dòng điện 1 chiều. . Qua phân tích các phương pháp trên, dựa vào ưu điểm của phương pháp sấy đối lưu với tác nhân sấy là không khí nóng nên trong tính toán và thiết kế ta chọn phương án này. Cụ thể trong thiết kế này để sấy bánh đa (do đặc điểm của bánh đa dạng tấm mỏng mềm dể bị kéo đứt và bị bám dính vào thiết bị chuển tải bánh) ta chọn thiết bị sấy băng tải đối lưu không hồi lưu dùng không khí nóng , bố trí không khí nóng đi ngược chiều với chiều chuyển động của bánh đa . 6.4. Xác định các thông số vật lý của bánh đa : 6.4.1.Các thông số yêu cầu : Năng suất đầu ra của máy sấy : G2 = 50kg/h Độ ẩm đầu của bánh đa : ω1 = 75% Độ ẩm cuối của bánh đa : ω2 = 14% Đặc điểm của vật liệu sấy : Sấy bánh đa có dạng tấm mỏng với kích thước : Chiều rộng : b = 400mm Chiều dày : δ = 0,2mm Hệ thống sấy lắp đặt tại Đà Nẵng . Các thông số khí hậu tại Đà Nẵng : Nhiệt độ trung bình cả năm, t0 = 25oC Độ ẩm tương đối không khí trung bình, j0 = 85% 6.4.2. Các thông số vật lý của bánh đa : Xem bánh đa là hổn hợp gồm 2 cấu tử : bột khô và nước, theo tài liệu (ST QTTBCNHC T1) ta xác định các đại lượng vật lý của bánh đa sau : Khối lượng riêng của bánh được xác định bằng công thức sau : ρb = ρbột.( 1 - ω ) + ρn.ω, [kg/m3] Trong đó : ρbột _khối lượng riêng của bột khô , kg/m3 ρn_ khối lượng riêng của nước, kg/m3 ω_ độ ẩm của bánh đa, % Với ω1 = 75% : ρb1 = ρbột.( 1 - ω1 ) + ρn.ω1, [kg/m3] = 950.( 1 – 0,75 ) + 1000.0,75 = 987,5kg/m3 Với ω2 = 14% : ρb2 = ρbột.( 1 – ω2 ) + ρn.ω2, [kg/m3] = 950.( 1 – 0,14 ) + 1000.0,14 = 957kg/m3 Nhiệt dung riêng của bánh đa Cpb được xác định theo công thức sau : Cpb = Cpbột.( 1 - ω ) + Cpn.ω, [kJ/kg] Trong đó : Cpbột _Nhiệt dung riêng của bột khô , kg/m3 Cpn_ khối lượng riêng của nước, kg/m3 ω_ độ ẩm của bánh đa, % Với ω1 = 75% : Cpb1 = Cpbột.( 1 – ω1 ) + Cn.ω1, [kJ/kg] = 1,46.(1 – 0,75 ) + 4,2.0,75 = 3,515 kJ/kg Với ω2= 14% : Cpb2 = Cpbột.( 1 – ω2) + Cpn.ω2, [kJ/kg] = 1,46.(1 – 0,14 ) + 4,2.0,14 = 1,845 kJ/kg Hệ số dẫn nhiệt của bánh đa được xác định theo công thức sau : , W/mK. Trong đó : A _ hệ số liên kết, (hổn hợp ở trạng thái huyền phù ) A = 3,58.10-8 Mb _ khối lượng mol phân tử bánh Mb = , kg/kmol Với : Mbột _ khối lượng mol phân tử bột xem gần đúng bột gạo có công thức hoá học dạng (C6H10O5)n => Mbột = 162 kg/kmol. MH2O _ khối lượng mol phân tử nước, MH2O = 18 kg/kmol. => Mb = 18 + 162 = 180 kg/kmol. Với ω1 = 75% : W/mK. Với ω2= 14% : W/mK. 6.5. Tính toán cân bằng vật chất : Trong suốt quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật chất, do đó lượng vật khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi . 6.5.1. Phương trình cân bằng vật chất : G1 = G2 + W , [kg/h] Trong đó : G1_ khối lượng bánh sấy đi vào thiết bị sấy trong 1 giờ, kg/h. G2_ Khối lượng bánh sấy ra khỏi thiết bị sấy trong 1 giờ, kg/h. W_ Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ, kg/h. Vật liệu khô tuyệt đối qua thiết bị sấy Gk : Gk = G2. = 50. kg/h. 6.5.2. Khối lượng bánh sấy đi vào thiết bị sấy trong 1 giờ : G1 = G2. kg/h . Trong đó : Độ ẩm đầu của bánh đa : ω1 = 75% Độ ẩm cuối của bánh đa : ω2 = 14% 6.5.3. Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ : W = G1 - G2 = 172 - 50 = 122 kg/h . 6.5.4. Chọn tác nhân sấy : Không khí nóng : + Ưu điểm : Dễ điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm không gây bụi bẩn cho thiết bị và vật liệu sấy, khó gây cháy không làm biến màu sản phẩm, thiết bị sấy không khí nóng không cần kín lắm. + Nhược điểm : Là phương pháp sấy gián tiếp nên hiệu suất thấp. Dựa vào ưu điểm của tác nhân sấy trên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng. Tác nhân sấy dùng trong máy sấy là không khí sạch được gia nhiệt bằng hơi nước bảo hoà đi trong dàn calorifer với : Nhiệt độ hơi nước bảo hoà : tbh = 1100C Áp suất hơi nước bảo hoà : Pbh = 1,5at . Chọn nhiệt độ sấy cho phép t1 : Theo kinh nghiệm khi sấy, bánh đa có thể chịu được nhiệt độ trên dưới 90oC Do đó ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy : t1 = 90oC . Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy chọn sơ bộ : t2 = 40 oC tương ứng với độ ẩm φ2 , Sau đó kiểm tra lại nhiệt độ t2 thoả mản điều kiện : φ2 = ( 90 ± 5 ) % 6.6. Tính toán quá trình sấy lý thuyết : 6.6.1. Xác định các thông số không khí ngoài trời : I t1 t0 C0 B A d kg ẩm/kgkkk Ta biết được không khí ngoài trời có áp suất : B = 1bar Trạng thái không khí ngoài trời A được xác định nhờ cặp thông số : (t0,j0)= (250C, 85%) Hình 5.6 : Quá trình sấy lý thuyết Áp suất bảo hoà của không khí ứng với t0 = 25oC : Pb0 = exp Lượng chứa ẩm do được xác định theo công thức sau : d0 = 0,622., [kg ẩm/kgkk] d0 = 0,622. = 0,017 kg ẩm/kg kk Entanpy I0 bằng : I0 = t + d0 (2500 + 1,842t), [kJ/kgkk] I0 = 25 + 0,017 (2500 + 1,842.25) = 68,283 kJ/kgkk 6.6.2. Xác định trạng thái không khí sau calorife trước khi vào buồng sấy (B) : Do quá trình sấy lý thuyết : d1 = d0 = 0,017 kg ẩm/kgkk. Biết được cặp thông số (t1, d1) = (t1,d0) Xác định độ ẩm tương đối j1 và entanpy I1 của không khí trước khi vào TBS. - Ap suất bão hòa Pb1 tương ứng t1 = 900C Ta chọn t1 = 900C vì theo kinh nghiệm thì vật liệu sau khi sấy khô chịu được nhiệt độ t1 = 900C cho nên ta chọn TNS vào hộp sấy t1 = 900C như ở trên . Vì vậy : Pb1= exp. , [bar] Pb1= exp. bar. - Độ ẩm tương đối j1 : j1 = ,[%]. j1 = = 3,85% - Entanpy I1 I1 = t1 + d1.(2500 + 1,842t1), [kJ/kgkk] Thay d1 = d0 =0,017 kg ẩm/kgkk, t1 = 90oC vào công thức trên ta được I1 = 90 + 0,017. (2500 + 1,842.90) = 135,32 kJ/kgkk. 6.6.3. Xác định thông số của không khí sau quá trình sấy lý thuyết (C0) : Tính lượng chứa ẩm d20 sau quá trình sấy lý thuyết. Để tính d20 ta đã biết :t2 = 400C chọn ở trước và I20 = I1 = 135,32 kJ/kgkk d20 = = 0,037 kg ẩm/kgkk. Độ ẩm tương đối j20, áp suất bão hòa ứng với t2 = 400C Pb2 = exp. = 0,0732 bar j20 = = = 76,7% Với độ ẩm j20 = 76,7%, kiểm tra điều kiện j20 = (90 ± 5)% ta thấy j20 tính được chưa thoả mản nên chọn lại nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy, chọn t2 < 40oC. Chọn lại : t2 = 37oC Ta tính lại lượng chứa ẩm d20 : d20 = = 0,038 kg ẩm/kgkk. Phân áp suất bão hòa của hơi nước ứng với t2 = 370C Pb2 = exp. = 0,0622 bar Độ ẩm tương đối j20 : j20 = = = 93% Với độ ẩm j20 = 93%, kiểm tra điều kiện j20 = (90 ± 5)% ta thấy j20 tính được đã thoả mản nên nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy t2 = 37oC đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương . 6.6.4. Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm : Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm vật liệu sấy l0 = = 47,62 kgkk/kg ẩm. Lượng không khí khô cần thiết trong 1giờ : L0 = l0 . W = 47,62.122 = 5809,64 kgkk/h. 6.6.5. Lưu lượng thể tích trung bình V0 : V0 = 0,5.(VB + VC0), [m3/h] Trong đó : VB = L0.vB , m3/h. VC0 = L0.vC0 , m3/h. vB_ Thể tích không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô tại B vC0_ Thể tích không khí ẩm chứa 1 kg không khí khô tại C0. Theo phụ lục 5 (TTTKHTS -Trần Văn Phú) ta có thể tích của không khí ẩm chứa trong 1 kg không khí khô trước và sau quá trình sấy lý thuyết tương ứng bằng vB = 1,081 m3/kgkk và vC0 = 0,954m3/kgkk ứng với t1 = 900C, j1 = 3,85% và t2 = 40oC, j20 = 93%. => VB = 5809,64.1,081 = 6280,22 m3/h. VC0 = 5809,64.0,954 = 5542,40 m3/h. Vậy : V0 = 0,5.(6280,22 + 5542,40) = 5676,02 m3/h.=1,577m3/s. 6.6.6. Nhiệt lượng tiêu hao Q0 : Nhiệt lượng tiêu hao q0 theo công thức : q0 = l0 (I1 - I0) = 47,62.(135,32 – 68,283) = 3192,3 kJ/kg ẩm. Hay Q0 = q0 . W = 3192,3.122 = 389460,6 kJ/h = 108,184 kW L0 là một trong hai thông số cho phép ta chọn quạt và Q0 là cơ sở chọn calorifer khi thiết kế sơ bộ một HTS. 6.7. Thiết kế băng tải sấy và xác định kích thước máy sấy : 6.7.1. Xác định vận tốc băng tải sấy : Vận tốc của băng tải sấy bằng vận tốc của băng tải hấp : Hoặc được xác định theo công thức sau : Vts = = 0,18 m/s. 6.7.2. Xác định chiều dài, chiều rộng băng tải sấy : Lbs = , [m] Trong đó : G2 _ Năng suất sấy ở đầu ra máy sấy, G2 = 50 kg/h. τs _ Thời gian sấy, s. Chọn thời gian sấy bánh đa τs = 50s . V _ Thể tích bánh đa trên 1m chiều dài băng , m3/m. V = b.δ.1 = 0,4.0,0002.1 = 0,00008 m3/m. ρb2 _ Khối lượng riêng của bánh đa ra, kg/m3 ls _ Chiều dài đoạn băng bổ sung, m Suy ra : Lbs = = 9 + 1 =10m Chiều rộng băng tải sấy : Bts = Bth = 0,46 m. 6.7.3. Xác định đường kính tang và chiều dài tang của băng tải : a./. Đường kính tang : Băng tải sấy cũng giống băng tải hấp, sử dụng nhiều loại tang khác nhau như : Tang dẫn động, tang đuôi, con lăn đỡ . Đường kính của các loại tang được xác định theo công thức sau : D = k1.k2.z1 , [mm] Trong đó : z1 -Số lớp cấu tạo băng, z1 = 1 k1-Hệ số phụ thuộc vào tính chất lớp kimloại làm băng, phụ thuộc vào kp k1 = 180 mm k2 -Hệ số phụ thuộc vào công dụng của tang Tang dẩn động và tang đuôi : k2 = 0,8 Tang đỡ và tang quay : k2 = 0,36 Đường kính tang dẫn động và tang đuôi : Dd1 = Dd2 = 180.0,8.1 = 144 mm Chọn : Dd1 = Dd2 = 150 mm Đường kính con lăn : Chọn : Dcl = 60 mm Chiều dài tang theo công thức : Lt1 = Bt+ ( 40 ÷ 100 ) = 460 + 40 = 500 mm b./. Tính công suất dẩn động băng tải sấy: Đối với băng bằng lưới kim loại phẳng khi truyền lực kéo là nhờ ma sát . Công suất trên trục băng tải được tính theo công thức thực nghiệm : N = , [kW] Trong đó : L-Chiều dài băng tải giửa hai trục,m L = 3,3m k-Hệ số phụ thuộc vào chiều rộng của băng tải (bảng 17.2 /TKHTS) k = 32 (Chiều rộng băng tải Bt1= 460mm). G2 – Năng suất khối lượng của băng tải, kg/h. G2 = 50kg/h. δ - Chiều dày của lớp bánh trên băng, m. δ = 0.0002 mm vt - Vận tốc của băng tải, m/s vt = 0,18 m/s Thay số ta được : N = kW Do chiều dài của băng tải : L < 15 m cho nên công suât trên trục của 1 băng tải Nt Nt = N + 20%.N = 0,346 + 0,2.0,346 = 0,415kW. Công suất tổng trên trục của cả 3 băng Ns: Ns = 3N = 3.0,415 = 1,245kW c./. Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền Trong thiết kế này ta chọn một động cơ chung để kéo băng tải cho bộ phận hấp và sấy, công suất căn cứ để chọn là: Nc = Nh + Ns = 0,252 + 1,245 = 1,497kW Tra bảng 2p/222 [Thiết kế chi tiết máy- Nguyễn Trọng Hiệp] ta chọn động cơ loại AO2 31-4 có : Nđ = 2,2kW n = 1420 vg/ph η = 82,5% m = 27 kg. d./. Phân phối tỉ số truyền : Tỉ số truyền động chung : i = Trong đó : nt - Số vòng quay của tang, vg/ph nt = , vg/ph Với: vt = 0,18 m/s _ Vận tốc dài của tang dẫn. Dd1_ Đường kính của tang dẫn, Dd1 = 150 mm nt = vg/ph => i = i = ix.ihgt , Chọn ix = 3 => ihgt = 20 Vậy chọn loại hộp giảm tốc hai cấp đồng trục có i = 20 . 6.7.4. Kích thước của máy sấy băng tải : Kích thước hộp gió : Hình 5.7 : Bố trí hộp gió nóng L1 _ Chiều dài mỗi băng tải (khoảng cách giữa 2 tâm của hai tang dẫn và tang bị dẫn), Lt1 = 3,33 m lg _ Chiều dài hộp gió nóng , lg = 3,6 m bg _ Chiều rộng hộp gió nóng , bg = 0,5 m hg _ Chiều cao hộp gió nóng , hg = 0,15 m n _ Số băng tải, n = 3 q _ Khoảng cách giữa hai băng tải cạnh nhau, q = 0,35 m p _ Khoảng cách giữa hai hộp gió nóng cạnh nhau, p = q = 0,35 m r _ Khoảng cách giữa hai hộp gió nóng cạnh nhau, r = 0,1m Kích thước hộp dẫn hướng : nd = 0,2 m kd = 0,15 m md = 0,2 m. Toàn bộ hộp gió nóng được bọc một lớp cách nhiệt có chiều dày : δcn = 0,04m. Kích thước buồng sấy : Chiều dài buồng sấy : L = 3,6m Chiều cao buồng sấy : H = 1,0m Chiều rộng buồng sấy : B = 0,5m 6.8. Tính toán nhiệt thiết bị sấy băng tải : Một thiết bị sấy thực tế ngoài tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi còn có thể có nhiệt lượng bổ sung Qbs và đương nhiên luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che Qmt, tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải Qct và tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Qv 6.8.1. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi : Theo kinh nghiệm trong sấy nông sản thực phẩm ta chọn nhiệt độ đầu ra của báng đa sấy tv2 theo điều kiện sau : tv2 = t1 – (5 ÷ 10)oC = 90 – 10 = 80oC. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi : Qv = G2.Cpb2.(tv2 – tv1), kJ/h. Trong đó : Cpb2 _ Nhiệt dung riêng của bánh đa khô, kJ/kgK tv1_ Nhiệt độ của bánh đa vào sấy, tv1 = 75oC. => Qv = 50.1,845.(80-75) = 461,25 kJ/h. qv = kJ/kg ẩm. 6.8.2. Tổn thất do băng tải mang đi : Qct = Gt.Ct.(tt2 – tt1)., [kJ/h] Trong đó : Ct _ Nhiệt dung riêng của thép làm băng tải, Ct = 0,5 kJ/kgK. tt1 Nhiệt độ của băng tải khi τ = 0, ta chọn tt1 = 85oC . tt2 Nhiệt độ của băng tải khi τ = 50s, ta chọn tt2 = 90oC Gt_ Khối lượng của băng tải, Kg. Gt = Lts.b.δbt.ρt = 10.0,4.0,0005.7850 = 15,7kg. => Qct = 15,7.0,5.(90 – 85). = 2826 kJ/h qt = = kJ/kg ẩm. 6.8.3. Tổn thất ra môi trường : Giả thiết tốc độ TNS thùng sấy để tính tổn thất ra môi trường chúng ta phải giả thiết tốc độ TNS thực chúng ta kiểm tra lại giả thiết này. Cơ sở để giả thiết tốc độ TNS trong TBS thực tế là tốc độ lý thuyết (m/s) tốc độ này chính là tỷ số giữa lưu lượng thể tích trung bình V0 và tiết diện tự do của thiết bị sấy . Khi đó tốc độ TNS lý thuyết = 1,4 m/s (chọn ) Như vậy, các dữ liệu để tính mật độ dòng nhiệt gồm : - Nhiệt độ môi chất nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của TNS vào ra khỏi thiết bị sấy : tf1 = 0,5 (t1 + t2) = 0,5 (90+ 37) = 63,50C - Nhiệt độ dịch thể lạnh : Nhiệt độ này chính là nhiệt độ môi trường. tf2 = t0 = 250C Hộp gió làm bằng thép có chiều dày d = 1mm và có hệ số dẫn nhiệt= 47 W/mK Hộp gió đươc bọc cách nhiệt bằng lớp không khí xen kẻ các tấm nhựa có chiều dày = 0,05 m, hệ số dẫn nhiệt = 0,024 W/mK. - Phía trong hộp gió là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ tác nhân sấy giả thiết bằng = 1,4 m/s sau đó kiểm tra lại. Mật độ dòng nhiệt truyền qua tường hộp gió (vách phẳng): q = q1 = q2 = q3 , [W/m2] Trong đó : q = k (tf1 - tf2) , [W/m2] q1 = a1(tf1 - tw1) , [W/m2] q2 = (tw1 - tw2) , [W/m2] q3 = a2 (tw2 - tf2) , [W/m2] Giả thiết nhiệt độ mặt trong của thành hộp tw1 = 580C Hình 5.8.3 : Cấu tạo vách hộp sấy Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS với bề mặt trong của hộp gió tính theo công thức : a1 = 6,15 + 4,17 . = 6,15 + 4,17 . 1,4 = 11,988 W/m2K Chúng ta tính mật độ dòng nhiệt q1 theo công thức Newton q1 = a1(tf1 - tw1) = 11,988 (63,5 - 58) = 65,934 W/m2 - Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt hộp gió với không khí xung quanh là trao đổi nhiệt đối lưu chảy rối. Do đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu a2 sẽ được tính theo công thức : a2 = 1,715(tw2- tf2 )0,333 , [W/m2K] Trong đó : t w2 _là nhiệt độ mặt ngoài của hộp gió : tf2 _ Nhiệt độ dịch thể lạnh - Tính nhiệt độ mặt ngoài của hộp gió tw2 theo công thức dẫn nhiệt qua vách phẳng tw2 = tw1 - q1., [oC] tw2 = 580C – 65,934 . = 380C => Hệ số trao đổi nhiệt a2 a2 = 1,715 (tw2 - tf2)0,333 = 1,715 (38 - 25)0,333 = 4,72 W/m2K - Tính mật độ dòng nhiệt q2 theo công thức Newton ta được : q2 = a2 (tw2- tf2) = 4,72 (38 - 25) = 61,36 W/m2 Đương nhiên, khi mật độ dòng nhiệt thỏa mãn phương trình truyền nhiệt q = k (tf1 - tf2) Trong đó : k : là hệ số truyền nhiệt và bằng k = = W/m2K - So sánh q1 và q2 nếu q1 = q2 thì việc giả thiết tw1 trên đây là hợp lý, nếu hai giá trị này sai khác nhau quá 10% thì ta phải tính lại Vì q1 = 65,934 W/m2, q2 = 61,36 w/m2, hai giá trị này sai khác nhau < 10% nên việc giả thiết trên là hợp lý. Mật độ dòng nhiệt q = 61,36 W/m2 = 220,896 kJ/m2h. Diện tích bao quanh bề mật ngoài hộp gió : F = 2.(lg + 2).(bg +2) + 2(lg + 2).(hg + 2) + 2.(bg +2).(hg +2), [m2] = 2(10 + 0,1)(0.5 + 0,1) + 2(10 +0,1)(0,15 + 0,1) + 2(0,5 + 0,1)(0,15 + 0,1) = 17,482 m2 => Vậy tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt bằng : Qmt = 3,6 . q . F = 3,6 . 220,896 . 17,482= 13902,134 kJ/kg ẩm qmt = = 103,95 kJ/kg ẩm Tính tổng tổn thất nhiệt : D = qa – qv – qct - qmt = Ca.tv1 - qv – qct - qmt = 4,184 .75 – 3,78 – 23,16 – 103,95 = 187,169 kJ/kg ẩm 6.9. Tính toán quá trình sấy thực : 6.9.1. Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d : Điểm A (t0, I0, d0, j0) là trạng thái không khí sau calorifer và trước hộp sấy . Điểm C (t2, I2, d2, j2) là trạng thái tác nhân sấy (không khí) sau hộp sấy. Muốn dựng được đường BC ta phải xác định các tổn thất nhiệt, chính là nhằm xác định D * Giả sử rằng trạng thái C0, C tương ứng là trạng thái TNS sau quá trình sấy lý thuyết và sấy thực. B t2 t0 t1 C0 D E C A d I kg ẩm/kgkkk Từ một điểm bất kỳ trên đường I = I1 = const chẳng hạn điểm C0 ta đặt đoạn CE song song với trục OI về phía trên DE do D > 0 thỏa mãn điều kiện sau : CE =ED. Với : m== kJ/kg ẩm. MI : Tỷ lệ xích theo trục I, MI = 1 kJ/kgkkk.mm Md : Tỷ lệ xích theo trục d, Md = 0,4 g/kgkkk.mm Hình 5.9.1 : Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy thực Nối BC và đường này cắt đường t = t2 ở điểm C. Điều này chính là điểm biển diễn trạng thái TNS sau quá trình sấy thực. 6.9.2. Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực : - Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C t2 = 370C, d0 = 0,017 kg ẩm/kgkk Và D = 187,169 kJ/kg ẩm d2 = = kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 370C và d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào công thức định nghĩa entanpy của không khí ẩm ta được : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 37 + 0,041 (2500 + 1,842 . 37) = 141,473 kg ẩm/kgkk Tính độ ẩm tương đối j2 thay t = t2 = 370C vào công thức dưới chúng ta tìm được áp suất bão hòa của hơi nước tương ứng với t = 370C Pb2 = exp = exp.= 0,0622 bar Thay Pb2, d2 = 0,041 kg ẩm/kgkk và B = 1bar vào công thức : Tìm được độ ẩm tương đối của TNS vào TBS thực bằng : j2 = Ta thấy j2 = 99% tính được không thỏa mản điều kiện j2 = (90 ± 5)% Chọn lại nhiệt độ t2 : t2 = 39oC Áp suất bão hòa của hơi nước tương ứng với t = 390C Pb2 = exp = exp.= 0,06937 bar Tính lượng chứa ẩm d2 thay t1 = 900C t2 = 390C, d0 = 0,041 kg ẩm/kgkk Và D = 187,169 kJ/kg ẩm d2 = = kg ẩm/kg kk Tính entanpy I2 thay t2 = 390C và d2 =0,041kg ẩm/kgkk vào công thức ta được : I2 = Cpkt2 + d2 (2500 + Cpat2) = 39 + 0,041 (2500 + 1,842 . 39) = 141,616 kg ẩm/kgkk Tìm được độ ẩm tương đối của TNS vào TBS thực bằng : j2 = Kiểm tra điều kiện j2 = (90 ± 5)% ta thấy j2 tính đươc thỏa mản vậy nhiệt độ t2 = 39oC là hợp lý . 6.9.3. Tính lượng không khí nóng trong quá trình sấy thực : a./.Khối lượng không khí khô : Thay d2 và d0 vào công thức sau ta được : l = = 43,668 kgkk/kg ẩm => L = l . W = 43,668.122 = 5327,496 kgkk/h b./. Thiết lập bảng cân bằng nhiệt: * Nhiệt lượng tiêu hao q : q = l (I1 - I0) = 5327,496 (135,32 – 68,283) = 2927,371 kJ/kg ẩm * Nhiệt lượng có ích q1 q1 = i2 - Catv1 = 2500 + 1,842.39 - 4,184.75 = 2258,338 kJ/kg ẩm * Tổn thất do tác nhân sấy mang đi q2 : q2 = l.Cdx (d0).(t2 –t0) = 43,668.1,0313 (39 – 25) = 630,478 kJ/kg ẩm * Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ : q’ = q1 + q2 + qv + qct + qmt = 2258,338 + 630,478 + 3,78 + 23,16 +103,95 = 3019,706 kJ/kg ẩm Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ phải bằng nhau. Ơ đây do nhiều lý do, có thể do tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số do tra đồ thị v.v.. mà chúng ta đã phạm sai lầm Tuyệt đối : Dq = q’- q bằng : Dq = 3019,706 - 2927,371 = 92,335 Hay sai số tương đối = = 3,1% Với sai số này trong tính toán nhiệt là rất bé không đáng kể có thể chấp nhận được. BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT TT Đại lượng Ký hiệu KJ/kgẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2258,338 74,8 2 Tổn thất do TNS q2 630,478 20,8 3 Tổn thất nhiệt do vật liêu sấy qv 3,78 0,2 4 Tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải qct 23,16 0,8 5 Tổn thất ra môi trường qmt 103,95 3,4 6 Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ 3019,706 100 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 2927,371 100 8 Sai số tính toán 3,1 Nhận xét : Hiệu suất nhiệt của thiết bị = 78% Trong tất cả các tổn thất thì tổn thất do tác nhân sấy mang đi là lớn nhất . c./. Kiểm tra tốc độ tác nhân sấy đã chọn : Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực + Lưu lượng thể tích ở trạng thái trước quá trình sấy VB : Chúng ta đã có thể tích của 1kg không khí ở trạng thái t1 = 900C và j1 = 3,85%, vB = 1,081 m3/kgkk VB = vBL = 1,081.5327,496 = 9759,023 m3/h + Lưu lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy thực với nhiệt độ t2 = 390C và độ ẩm tương đối j2 = 87% từ phụ lục 5 ta tìm được vC = 0,962 m3/kgkk VC = vCL = 0,962.5327,496 = 5124,198 m3/h => Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực V : V = 0,5 (VB + VC) = 0,5 (9759,023 + 5124,198) = 5441,64 m3/h = 1,512 m3/s Đây là thông số để chọn quạt. * Kiểm tra lại giả thiết về tốc độ TNS : Tốc độ TNS trong quá trình sấy thực bằng : = m/s Ftd = Btb.Htb = 0,75.1 = 0,75 m2 Như vậy giả thiết = 1,5 m/s khi tính tổn thất là hoàn toàn có thể xem là chính xác 6.10. Công suất nhiệt và lượng hơi cần thiết : Công suất nhiệt của calorifer : Q = q.W = 2927,371.122 = 357139,262 kJ/h = 99,21 kW/h Lưu lượng hơi cần thiết : Nếu chọn hiệu suất nhiệt của calorifer = 95% Nhiệt ẩn hóa hơi của hơi nước ở áp suất 1,5at có r = 2230 kJ/kg thì lượng hơi cung cấp D là : D = 168,58 kg/h . 6.11. Tính toán thiết kế Calorifer : 6.11.1. Thông số của hơi nước và không khí : Thông số của hơi nước trước calorifer : - Áp suất hơi nước bão hòa : Ph= 1,45at - Nhiệt độ hơi nước bão hòa th = 1100C - Thể tích riêng của hơi nước bão hòa : Vh = 0,61652 m3/kg - Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa : rh = 1,622 kg/m3 - Nhiệt ẩm hóa hơi của hơi nước : r = 2230kJ/kg - Khối lượng riêng của nước : rn = 932,19 kg/m3 Thông số của không khí trước và sau calorifer : t0 = 25oC , = 85% và t1 = 90oC , = 3,85% Khối lượng của không khí lưu chuyển qua calorife L = 5327,496 kgkkk/h . Nhiệt lượng calorifer cấp cho không khí : Q = L(I1 – I0) = 357139,262 kJ/h . 6.11.2. Thông số và cấu tạo ống trao đổi nhiệt : a./. Cấu tạo : Loại calorifer khí hơi là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn . Trong ống là hơi bảo hòa ngưng tụ ngoài ống không khí chuyển động cưỡng bức . Do hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng của hơi nước so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí cho nên ống trao đổi nhiệt được làm cánh về phía không khí để tăng cường truyền nhiệt . F2 F’1 l d 2h h d2 S1 LC mS1 Hình 5.11.2 Cấu tạo hộp hấp b./. Thông số kích thước ống truyền nhiệt : Trong thiết kế này ta chọn Calorifer là loại ống đồng có làm cánh bằng thép tấm mỏng. - Đường kính ngoài của ống đồng : dn = 0,045 m - Đường kính trong của ống đồng: dt = 0,040 m - Chiều cao cánh : h = 0,009m - Chiều dày cánh dc = 0,006m - Bước cánh tc = 0,015m Đường kính ngoài của cánh D = 1,4.dn = 0,063m Chiều dài của ống không có cánh : L0 = l0 – lc = 0,6 m Khoảng cách giữa 2 cánh n = 0,01m Số cánh trên ống m = Tổng chiều dài của cánh trên ống : lc = m. =0,4m - Ống đồng với l = 110 W/mK - Cánh thép với lC = 45W/m0K - Chiều dài phần nằm ngang của ống lo = 1m - Tốc độ tác nhân sấy vào thiết bị = 1,5 m/s - Chiều dày vách ống : dố= 0,5 (0,045 – 0,040) = 0,0025 m Bước ống : S1 = S2 = S = 2,5.dn = 2,5. 45 = 112,5 mm Diện tích xung quanh của ống không có cánh : F1 = = 0,085 m2 Diiện tích hình vành khăn của cánh chiếm trên ống : F2 = = 0,204 m2 Diện tích cánh trong ống không kể phần vành khăn : F3 = = 0,08 m2 Diện tích bề mặt ngoài của một ống : Fn = F1 + F2 + F3 = 0,369 m2 Diện tích bề mặt trong một ống : Ft = = 0,126 m2 6.11.3. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình : Không khí và hơi nước chuyển động chéo nhau : Dt = , [oC] th = 110oC t0 = 25oC Hình5.11.3: Sơ đồ trao đổi nhiệt th = 110oC Trong đó : - Nhiệt độ hơi bão hòa : th = 1330C - Nhiệt độ không khí sau calorifer : t1 = 900C - Nhiệt độ không khí vào calorifer : t0 = 250C Dtmax = th – t0 = 110 – 25 = 85oC Dtmin = th – t1 = 110 – 90 = 20oC => Dttb = Nhiệt độ trung bình của không khí nóng : Dt2tb = th - Dttb = 110 – 45 = 650C Tra bảng 3 (tính chất vật lý của không khí khô) SBTKTN ở t = 65oC có : = 0,0293 W/mK , Pr = 0,695 , = 19,843.10-6 m2/s . 6.11.4. Tính vận tốc của không khí trong caloirfer : vkk = , [m/s] Trong đó : V_ Thể tích của không khí trung bình trong calorifer V = L.0,5.(v90 + v25) = 5327,496.0,5.(1,029 + 0,844) = 2494,6 m3/h Ftd _ Diện tích tự do của calorifer : Ftd = Fx – Fcan, [m2] Với : Fx = Bx.lo, [m2] i _ Số ống xếp thành hàng ngang, i = 12 ống s _ Khoảng cách cánh ngoài cùng đến thành calorifer , s = 0,002 m => Bx = 2.s + (i – 1).n + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87 m2 Fcan = Fcc + Fcô _ Diện tích cản của cánh và ống Fcc = (D – dn).lc.i = (0,063 – 0,045).0,4.12 =0,0864 m2 Fcô = l0.dn.i = 1.0,045.12 = 0,54 m2 => Fcan = 0,0864 + 0,54 = 0,6264 m2 Vậy diện tích tự do của calorife : Ftd = 0,87 – 0,6264 = 0,2436 m2 . Vậy vận tốc trung bình của không khí trong calorifer : vkk = m/s 6.11.5. Xác định hệ số tỏa nhiệt từ hơi nước đến thành ống : Do ống đặt nằm ngang nên ta tính an : , [W/m2K] Trong đó : tw _ Nhiệt độ vách trong của ống, [oC] (Giả sử chọn tw = 100oC) d _ Đường kính ngoài của ống, d = 0,045 m ts = 110oC _ Nhiệt độ của hơi bảo hòa khô ( Hơi bảo hòa khô ở áp suất Ph = 1,5at). Nhiệt độ xác định : tm = (ts + tw) = (110 + 100) = 105oC. Tra bảng các thông số vật lý của nước trên đường bảo hòa tại 105oC có : r = 954,7kg/m3 l = 0,684W/mK n = 0,284.10-6m2/s. Với ts = 110oC (bảng nước và hơi nước bảo hòa ) tra được : r = 2230kJ/kg => W/m2K Nhiệt lượng do hơi cung cấp ra thành ống : q1 = an.Dt = an .(ts - tw) = 10880.(110 – 100) = 108800W/m2. 6.11.6 Xác định hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài ống đến không khí ak : Do ống trao đổi nhiệt có cánh nên phương trình tiêu chuẩn có dạng : Nu = C. (SQTTBHCTI) Trong đó : dn = 0,045 m tc = 0,015 m C = 0,116 m, n = 0,72 (ống xếp thẳng hàng) h = 0,009 m _ Chiều cao cánh trên ống . Tiêu chuẩn Re được xác định bằng công thức sau : Re = . Ta thấy 3000 < Re < 25000 , 3< < 4,8 nên : Nu = 0,116. => ak = W/m2 6.11.7. Xác định hệ số truyền nhiệt K Do các ống trao đổi nhiệt làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt lớn và có đường kính lớn so với chiều dày nên ta xem đây là bài toán truyền nhiệt qua vách phẳng 1 lớp có cánh, khi đó hệ số truyền nhiệt K được xác định : K = , W/m2K. Trong đó : dô , lô _Tương ứng là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của ống đồng . an_ Hệ số trao đổi nhiệt hơi nước đến thành trong ống, W/m2K ak_ Hệ số trao đổi nhiệt từ mặt ngoài ống đến không khí, W/m2K. ec_ Hệ số cánh : ec = K = W/m2K. Vậy nhiệt lượng từ bề mặt ngoài ống cấp cho không khí q2 : q2 = K.tb = 46,06.65 = 2993,9 W/m2 6.11.8. Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt F của calorifer : Ta có : Nhiệt lượng do calorifer cấp cho không khí (đã tính phần tính toán nhiệt ) Q = 357139,262 kJ/h Nhiệt lượng cung cấp thực tế của calorifer, giả sử chọn hiệu suất nhiệt của calorifer hc = 0,95 : Qtt = Vậy : F = m2. Ta suy ra số ống của Calorifer : n = ống. + Ta ký hiệu số ống trong một hàng dọc là nd , số ống trong một hàng ngang là i (i = 12), ta có quan hệ n = nd . i => nd = ống * Với thiết bị Calorifer (hình vẽ ) ta có kích thước : Chiều cao : Hca = 2.S + (i – 1).n’ + i.D = 2.0,002 + (12 – 1).0,01 + 12.0,063 = 0,87m Chiều rộng : Bca = 2.S + (nd – 1).n’ + nd.D = 2.0,002 + (8 – 1).0,01 + 8.0,063 = 0,58m Chiều dài : Lca = lo + 2.0,05 = 1,0 + 0,1 = 1,10m 6.12. Đường ống dẫn hơi và dẫn nước ngưng : 6.12.1. Đường kính ống dẫn hơi vào calorifer : dh = 16,6. , [mm] [1] Trong đó : DS = 168,58 kg/h : Sản lượng hơi thực tế cần dùng cho thiêt bị trong 1 giờ rh = 0,8264 kg/m3 wh = 30 m/s : Vận tốc hơi nước Vậy dh = 16,6 . = 43,29 mm 6.12.2. Đường kính ống dẫn nước ngưng ra : d = 16,6. , [mm] Trong đó : DS = 168,58 kg/h rn = 951,0kg/m3 Vn= 0,5m/s dlò = 16,6. = 44,42mm 6.13. Tính toán và chọn quạt 6.13.1. tính toán và chọn quạt : a./. Tính trở lực qua thiết bị Calorifer : Tính trở lực (cục bộ và ma sát) của dòng khí chuyển động cắt ngang qua chùm ống có cánh : DP1 = x . r . . i Trong đó : r : Khối lượng riêng của chất khí; kg/m3 w - tốc độ dòng khí tại khe hẹp (w = wmax); m/s i - số hàng ống x - hệ số trở kháng được xác định theo biểu thức dưới đây : x = 0,72 Re Ở đây : Re tính theo wmax = , [m/s] - Tốc độ của dòng khí vào thiết bị là w = 1,5 m/s - f1 = Lca . Hca là tiết diện đầu vào thiết bị Lca - Chiều dài ống Hca - Chiều rộng của thiết bị Nên f1 = 1,1 . 0,87 = 0,957m2 + d2 = 0,045m là đường kính ngoài ống + S1 = 0,0315m bước ống + h = 0,009m chiều cao cánh + dc = 0,006m chiều dày cánh + Sc = 0,015 Vậy : Tốc độ tại khe hẹp wmax = =1,72 m/s * Tính kích thước xác định dE : dE = , [m] F1, Fc - diện tích phần không làm cánh và diện tích cánh trên một ống m - số cánh trên một ống, m = 67cánh/ống dn - đường kính ngoài ống trơn. F1 = p.dn.l = p.0,045.0,6 = 0,085 m2 d2 = 0,045m Vậy dE = = 0,0456 m Từ phần tính nhiệt quá trình sấy ta được các thông số vật lý của không khí : r = 1,045 kg/m3 Pr = 0,695 n = 19,843. 10-6 m2/s l = 0,0293 w/mK Vậy tiêu chuẩn Ref = = = 3952,63 * Trở kháng thủy lực (cục bộ và ma sát) của dòng không khí qua chùm ống có cánh theo : x = 0,72 (3952,63)-0,245 = 0,735 * Tính trở lực (cục bộ và ma sát) của dòng khí chuyển động cắt ngang qua chùm ống. DP1 = x . r . . i = 0,735 . 1,045 . =13,63 N/m2 = 1,363 mmH2O Vậy trở lực qua Calorifer DP1 = 1,363mmH2O * Trở lực qua quạt : Giả sử tốc độ TNS ra khỏi quạt có tốc độ wq = 3,9 m/s Khi đó : DPq = = 0,783 mmH2O b./. Tính trở lực qua buồng sấy (hộp gió) : Hộp gió có tiết diện hình chữ nhật l.b thì đường kính tương đương : Dtd = [m] Với bg =500mm chiều rộng hộp gió hg = 150mm. Chiều cao hộp gió Vậy Dtd = = 0,232 m Vậy DP2 = Với : l = 0,5 : Hệ số ma sát dùng trong tính toán gần đúng l = 2,9 m : Chiều dài hộp gió Dtđ = 0,232m : Đường kính hộp gió x = 0,8 : Hệ số ma sát cục bộ r = 1,128 kg/m3, wk = 1,5 m/s, g = 10 m2/s Vậy : DP2 = = = 0,9mmH2O c./. Trở lực qua kênh dẫn trước và sau buồng sấy: Htr = Hsca = 0,01mmH2O Vậy tổng trở lực qua 2 kênh dẫn : åHms = 2 0,01 = 0,02 mmH2O d./. Tổng trở lực của thiết bị sấy : åH = DP1 + DP2 + åHms + DPq = 1,363 + 0,9 + 0,02 + 0,783 = 3,063 mmH2O e. Trở lực tình toán của quạt : åHTT = 1,1.åH = 1,1.3,063 = 3,369 mmH2O Với 1,1: Hệ số tính đến tổn thất khác và dự trữ của quạt 6.13.2. Chọn quạt và xác định công suất quạt : Trong kỹ thuật sấy, người ta thường sử dụng quạt hướng trục do nó gọn nhẹ, cột áp sử dụng trung bình và thấp, lưu lượng không khí lớn. a./. Năng suất của quạt : Qq = ; (m3/h) (1) Trong đó : Vkk = 1,577 m3/s là lưu lượng thể tích tính ở phần tính toán nhiệt buồng sấy n = 2 số quạt cần lắp đặt Vậy Qq = = 0,7885m3/s = 2838,6 m3/h b./. Cột áp tính chọn quạt : Hq = åHTT x Trong đó : åHTT = 3,369 mmH2O r = 1,045 kg/m3 Vậy : Hq = 3,369 . = 3,869 mmH2O Dựa vào bảng 2.4.12a trang 234 sách BQMN Với: Hq = 3,869 mmH2O Qq = 2836,6 m3/h Ta chọn quạt hướng trục 4 cánh A¥N loại MA . N04 Số vòng quay n = 960 vg/phút m = 0,5; Q = 5400m3/h = 1,5m3/s ; H = 10 mmH2O c./. Công suất trên trục quạt : N = Trong đó :K = 1,03 : hệ số dự trữ công suất khởi động quạt . Với loại quạt đã chọn ta có : N = 0,303 kW d./. Công suất động cơ kéo quạt : Vậy Nđc = = = 0,412 kW Với hc = 0,9 : Hiệu suất truyền động cơ hđ = 0,98 : Hiệu suất về điện Vậy ta chọn động cơ kéo quạt : N = 0,6kW Số vòng quay n = 1000vg/ph CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỒI HƠI 7.1. Các thông số ban đầu 1. Sản lượng định mức của lò hơi: D = Dh + Ds = 9,1 + 168,58 = 177,68 kg/h Chọn thiết kế D = 200kg/h 2. Thông số hơi -Áp suất hơi bảo hòa: pbh = 1,5bar -Nhiệt độ hơi bảo hòa: tbh = 110 0C 3. Nhiệt độ nước cấp: tnc = 25 0C 4. Nhiệt độ không khí lạnh: tlkk = 25 0C 5. Chọn loại nhiên liệu đốt: Than antranxit 6. Nhiệt trị thấp làm việc: Qlvt = 5590kcal/kg = 23366,2kJ/kgnl 7. Thành phần nhiên liệu: Thành phần Clv Hlv Olv Nlv Alv Wlv Vch % 62,5 2,6 2,5 0,5 22,5 9 5,5 7.2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nồi hơi : 1-Cửa cấp gió 2-Cửa vệ sinh 3-Ống thủy 4-Đường hơi chính 5-Đầu lắp van an toàn 6-lắp áp kế 7-Lá chắn khói 8-Ống khói 9-Ống lửa 10-Mặt sàng trên 11-Nước cấp 12-Mặt sàng dưới 13-Ống lò 14-Thân lò 15-Cửa vệ sinh 16-Buồng thải xỉ 17-Buồng lửa 18-Cửa cấp than Nồi hơi đứng đốt than bằng ghi thủ công sản xuất hơi bảo hòa khô 7.3. Tính toán quá trình cháy và tiêu hao nhiên liệu Hệ số không khí thừa a đối với buồng lửa ghi đốt do lớp than nằm trên ghi tiếp xúc với không khí do đó phải chọn a lớn . Trong thiết kế này : chọn: a = 1,35 ( buồng lửa ghi cố định đốt than a = 1,30 ¸ 1,50 ) Hệ số không khí thừa ở từng nơi trong đương khói lò hơi được xác định bằng cách cộng hệ số không khí thừa của buồng lủa với lượng không khí lọt Da vào đường khói nằm giữa buồng lửa với tiêt diện đang khảo sát. Theo bảng 10-3. TBLH chọn hệ số không khí lọt Da như sau: + Buồng lửa: Dabl = 0,10 + Cụm ống lửa: Daol = 0,05 Công thức xác định hệ số không khí thừa đầu ra: a” = a’ + Da Từ các thông số trên ta có bảng hệ số không khí thừa ở từng bề mặt: Bảng 1: STT Tên các bề mặt đốt Hệ số không khí thừa a’ đầu vào a” đầu ra 1 Buồng lửa 1,35 1,45 2 Cụm ống lửa 1,45 1,50 7.4. Thể tích của không khí và sản phẩm cháy: Tất cả các tính toán về thể tích, entanpi của không khí và sản phẩm cháy đều được tiến hành với 1 kg nhiên liệu rắn. 7.4.1 Thể tích không khí lý thuyết cần thiết: Thể tích không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhien liệu rắn là: Vokk = 0,0889(Clv + 0,375Slv) + 0,265Hlv – 0,0333Olv = 0,0889.62,5 + 0,265.2,6 + 0,0333.2,5 = 6,330 m3tc/kg Lượng không khí thực tế cấp : Vkk = a. V0 = 1,35.6,33 = 8,546 m3tc/kg 7.4.2 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: Để thuận lợi cho việc tính SPC, ta chia khói ra làm 2 loại: khói thực và khói khô với khói thực = khói khô + hơi nước. Thể tích khói khô lý thuyết: Ở trạng thái lý thuyết, khi cháy hoàn toàn nhiên liệu thì trong khói gồm: CO2, SO2, N2, H2O. V0kkho = VCO2 + VSO2 + VN2 = VRO2 + VN2 [m3tc/kg] Thể tích khí ba nguyên tử : VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866.Clv + 0,007.Slv [m3tc/kg] = 0,01866.0,625 = 1,1625 m3tc/kg Thể tích khí nitơ : VN2 = 0,008.Nlv + 0,79V0kk [m3tc/kg] = 0,008.0,5 + 0,79.6,33 = 5,0 m3tc/kg Thể tích hơi nước : VoH2O = 0,112.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161.V0kk 7.4.3. Đặc tính sản phẩm cháy thay đổi khi hệ số không khí thừa thay đổi : Khi hệ số không khí thừa thay đổi thì các thàmh phần trong sản phẩm cháy thay đổi Ta có bảng tính sau : Þ V0kkho = 0,01866(0,01866.Clv + 0,375.Slv) +0,79V0kk = 7,216 m3tc/kg Thể tích hơi nước lý thuyết: STT Tên đại lượng và công thức tính Ký hiệu Đơn vị Buồng lửa Cụm ống lửa 1 Hệ số không khí thừa trung bình : a = ½ (a’ + a”) a - 1,400 1,475 2 Thể tích không khí thừa : (a - 1 ) V0kk Vth m3tc/kg 2,532 3,007 3 Thể tích hơi nước : VoH2O + 0,0161 (a - 1 ) V0kk VH2O m3tc/kg 0,530 0,538 4 Thể tích khói : VRO2 + V0N2 + (a - 1 ) V0kk + VH2O Vk m3tc/kg 8,020 8,500 5 Phân thể tích hơi nước : rH2O - 0,061 0,058 6 Phân thể tích các khí : rRO2 - 0,145 0,137 7 Phân thể tích các khí 3 nguyên tử : rn = rH2O + rRO2 rn - 0,206 0,195 8 Nồng độ tro bay theo khói : m g/m3tc 7,014 6,618 V0kkho = 0,112.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161. V0kk = 0,711 m3tc/kg Vậy, ta có thể tích khói thực lý thuyết: V0k = V0kkho + V0kkho = 7,927 m3tc/kg Khi hệ số không khí thừa a > 1 ta có bảng đặc tính sản phẩm cháy như sau: ( bảng 2) Bảng 2. Đặc tính của sản phẩm cháy 7.4.4. Entanpi của không khí và sản phẩm cháy: Entanpi của sản phẩm cháy được tính với một kg nhiên liệu: Entanpi của khói thực tế: Ik = I0k + (a - 1).I0kk + Ia H2O + Itro [kJ/m3tc] Trong đó: I0kk = V0kk.(Cq)kk [kJ/m3tc] : Entanpi của không khí lý thuyết Với: V0kk: thể tích không khí lý thuyết Ckk: nhiệt dung riêng của các loại khí qkk: nhiệt độ các loại khí I0k = IRO2 + I0NO2 + I0H2O : Entanpi của khói lý thuyết = VRO2.(Cq)RO2 + V0NO2.(Cq)NO2 + V0H2O.(Cq)H2O [kJ/m3tc] Itr = [kJ/m3tc] : Entanpi của tro bay theo khói Khi tính ta có thể bỏ qua Ia H2O và Itr , do vậy entanpi của sản phẩm cháy thực tế là: Ik = I0k + (a - 1).I0kk Ta có bảng entanpi của sản phẩm cháy khi nhiệt độ khác nhau và hệ số không khí thừa a khác nhau như sau: Bảng 3: Entanpi của khói q [0C] I0kk [kJ/kg] I0k [kJ/kg] a”bl=1,45 a”olua =1,5 Ik Ik 100 968,650 1096,271 1290,001 1304,530 200 1947,284 2221,851 2611,312 2640,521 300 2943,511 3379,649 3968,345 4012,490 400 3959,560 4570,934 5362,643 5422,240 500 5000,894 5846,136 6846,315 6921,327 600 6062,792 7050,685 8263,244 8354,188 700 7147,341 8297,235 9726,701 9833,945 800 8129,030 9653,053 11278,862 11400,794 900 9369,230 10979,122 12852,979 12993,503 1000 10500,452 12346,955 14447,045 14604,555 1100 11647,255 13724,586 16054,034 16228,747 1200 12807,168 15118,220 17679,657 17871,768 1300 13975,211 16530,343 19325,365 19535,012 1400 15150,404 18068,178 18764,036 21325,519 1500 16335,447 19383,600 22650,692 22895,727 1600 17529,427 20828,080 24333,960 24596,916 1700 18726,395 22283,457 26028,430 26309,723 7.4.5. Cân bằng nhiệt và tính tiêu hao nhiên liệu cho nồi hơi: Cân bằng nhiệt được thiết lập với chế độ ổn định của nồi hơi cho 1kg nhiên liệu rắn. Qđv = Q1 +Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 [KJ/Kg] Trong đó : Qđv - Lượng nhiệt đưa vào buồng lửa ứng với 1 kg nhiên liệu, [KJ / Kg] Q1 - Lượng nhiệt hữu ích dùng để sản xuất hơi, [KJ/ Kg] Q2 - Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q3 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hoá học. Q4 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học Q5 - Tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra ngoài môi trường Q6 - Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài môi trường. a./. Tính Qđv : Qđv = Qtlv + Qnl + Qnkk +Qf ( KJ / Kg) Trong đó : Qtlv = 27.800 KJ / Kg – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Qnl - Nhiệt vật lý của vật nhiệt lượng – lượng nhiệt này chỉ tính đến khi nhiên liệu được sấy nóng bằng một nguồn nhiệt bên ngoài nào đó. Còn ở trong thiết kế này nhiên liệu được sấy nóng băng khói thải của lò nên có thể bỏ qua Qnl . Qnkk - lượng nhiệt do không khí được sấy nóng bằng một nguồn nhiệt bên ngoài. Tương tự bỏ qua Qnkk . Qf - Lượng nhiệt để tán sương dầu FO. ở đây đốt than nên Qf = 0 . Vậy : Qđv = Qtlv = 23366,2 kJ / kg . b./. Tính Q1 : , [kJ/ Kg] Trong đó : D – Sản lượng hơi : D = 200 kg/h. B – Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, [kg/h] ibh , inc – entanpi của hơi bảo hòa và của nước cấp, [kJ/kg]. c./. Tính Q2 : , [kJ/kg] q2 = , [%] Trong đó : Ikt - entanpi của khói thải, [kJ/kg] qkt = 210oC – Nhiệt độ của khỏi thải. => Ikt = 2754,8kJ/kg. Ikkl – entanpi của không khí lạnh, [kJ/kg] Ikkl = qkt . Vokk . Ckk . tkkl = 209,03kJ/kg (hoặc tra theo bảng 3) d./. Tính Q3 : , [%] q3 - được xác định bằng tổng nhiệt trị của các sản phẩm cháy không cháy hết còn lại trong khói. Tuỳ theo loại nhiên liệu của buồng lửa ma chọn giá trị q3, trong thiết kế này sử dụng buồng lửa đốt than antraxit thủ công cho nồi hơi công suất nhỏ q3 = (2 ¸ 3)% nên chọn : q3 = 3% ( TKLH - Trần Thanh Kỳ) e./. Tính Q4 : , [%] q4 =12% . ( TKLH - Trần Thanh Kỳ) f./. Tính Q5 : , [%] Chọn: q5 = 1%. g./. Tính Q6 : , [%] Ta có: (C.q)tr = 133,8kcal/kg _ Tỉ nhiệt trung bình của tro xỉ atro = 1- ab = 1- 0,25 = 0,25 Alv = 22,5% Qtlv=23366,2kJ/kgnl Từ các thông số đã tính toán trên ta có bảng tổng kết sau: Bảng 4: TT Đại lượng Đơn vị Cách tính, cơ sở chọn Kết quả 1 Qtlv kJ/kg 23366,2 2 qkt oC Chọn theo thiết kế 210 3 Ith kJ/kg Tra theo bảng 3 2754,8 4 Ikkl kJ/kg Entanpi của không khí lạnh 209,03 5 q6 % 0,4 6 q5 % Chọn theo đồ thị q5 = f(D) 1 7 q4 % Chọn theo TKLH 12 8 q3 % Chọn theo TKLH 3 9 q2 % 9,28 10 j - Hệ số bảo ôn: 0,95 11 % Tổng tổn thất nhiệt : q2 + q3 + q4 + q5 + q6 26,22 12 h % 100 - 73,78 13 inc kJ/kg Tra bảng hơi nước 105,58 14 ibh kJ/kg Tra bảng nước và hơi bảo hòa áp suất Pbh = 1,5bar 2693 15 Qhi kW 143,746 16 B kg/h 30,017 17 Btt kg/h 26,415 7.5. Tính toán thiết kế buồng lửa : 7.5.1. Tính thể tích và kích thước cơ bản của buồng lửa : a./. Thể tích buồng lửa Khi thiết kế buồng lửa ta phải bảo đảm sao cho nhiên liệu cháy hoàn toàn với hệ số không khí thừa a nhỏ nhất, khói sinh ra trong buồng lửa phải có nhiệt độ thích hợp để tro bay theo khói ra khỏi buồng lửa không còn ở trạng thái chảy lỏng và bám trên các bề mặt truyền nhiệt, tro sinh ra trong buồng lửa không ngừng đựơc thải ra khỏi buồng lửa và không bám vào các bề mặt bức xạ, Tất cả các ảnh hưởng trên chịu ảnh hưởng trực tiếp vào kích thước các bề mặt hấp thụ nhiệt đặt trong buồng lửa và thể tích buồng lửa mà thể hiện ở nhiệt thế thể tích qv . Khi kích thước của buồng lửa lớn thì chi phí xây dựng lớn do phải tăng chi phí cho bảo ôn, khung lò ... Vì vậy: để giảm giá thành của buồng lửa thì phải giảm Vbl tới mức tối thiểu, nghĩa là phải chọn qv tới mức cho phép. Nhưng nếu qv quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng lên và nhiệt độ vùng thải xỉ sẽ tăng. Vì vậy, khi chọn qv phải dựa vào chỉ tiêu kinh tế và phải bảo đảm việc thải xỉ. Thể tích buồng lửa: Trong đó: Btt – lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán được, Btt = 26,415kg/h Qtlv – Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, Qtlv = 23366,2 kJ/kg qv _ Nhiệt thế thể tích của buồng lửa, W/m3 Đối với buồng lửa ghi thủ công đốt than antraxit Dựa vào bảng (9-5) TBLH. Ta chọn qv = 325.103W/m3 => Vbl = b./. Tính diện tích bề mặt ghi: Trong thiết kế này ta chọn buồng lửa đốt than antraxit bằng ghi thủ công (chọn loại ghi thanh) Nên diện tích bề mặt ghi được xác định : F = , [m2] Trong đó : Btt _ Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán trong một giờ, Btt = 26,415kg/h. R _ Cường độ cháy của ghi, R = 50kg/m2h. (than antraxit- Sách LCN) => F = m2. c./. Xác định kích thước buồng lửa : Đối với nồi hơi nhỏ kiểu đứng đốt than bằng thủ công thì buồng lửa chính không gian bên trong của thân trụ trong . Chiều cao buồng lửa: H = m3 Xác định đường kính buồng lửa : F = = 0,80m 7.5.2. Đặc tính cấu tạo của buồng lửa. Thể tích buồng lửa : Vbl = 0,528 m3 Diện tích ghi lò : Fghi = 0,528 m2 Diện tích tiếp xúc nhiệt của buồng lửa : Fbl = p.D.H + = m2 Hệ số bức xạ hữu hiệu của buồng lửa : xbl = 0,8 (Tra theo toán đồ 5.7 TKLH) Diện tích bề mặt bức xạ hữu hiệu : Hbxbl = Fbl.xbl = 3,01.0,8 = 2,41m2 7.5.3. Tính toán nhiệt buồng lửa: Bảng 5 Bảng 5: Tính truyền nhiệt buồng lửa : TT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Công thức hoặc cơ sở chọn Kết quả 1 Thể tích buồng lửa Vbc M3 0,528 2 Diện tích bề mặt bức xạ M2 Đã tính 2,41 3 Hệ số bảo ôn j - 1 – 0,99 4 Hệ số không khí thừa ở đầu ra buồng lửa a’’bl - Bảng 1 1,45 5 Hệ số K.khí lọt buồng lửa Dabl - Chọn 0,1 6 Nhiệt độ K.khí lạnh tlkk 0C Chọn 25 7 Entanpi của K.khí lạnh Ilkk kJ/kg Đã tính 209,03 8 Nhiệt lượng do K.khí mang vào lửa Qlkk kJ/kg Dabl. Ilkk 20,903 9 Nhiệt lượng thu được khi đốt 1kg than Qbl kJ/kg 22853,94 10 Nhiệt độ cháy lý thuyết qlt 0C Suy từ Qbl(Ik=Qbl)=>qa((Ik) 1516 11 Chiều dày hữu hiệu của lớp bức xạ khói S M 0,61 12 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa q’’bl 0C Chọn 950 13 Entanpi khói đầu ra khỏi buồng lửa I’’bl kJ/kg Tra bảng 3 13652,2 14 Áp suất buồng lửa P Bar 1 15 Phân áp xuất khí 3 nguyên tử Pn - 0,211 16 Phân thể tích khí 3 nguyên tử rn - Bảng 2 0,206 17 Nồng độ tro bay theo khói m g/m3tc Bảng 2 7,014 18 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro Ktro - Buồng lửa ghi 0 19 Hệ số làm yếu bức xạ bởi khí 3 nguyên tử Kk - 1,36 20 Hệ số làm yếu bức xạ ngọn lửa K Kk.rn + Ktro.m 0,28 21 Hệ số bám bẩn qui ước của buồng lửa x - Chọn (5.5/46 TKLH) 0,9 22 Hệ số hữu hiệu nhiệt bức xạ xbl - 0,8 23 Hệ số sử dụng nhiệt hữu ích yhi - xbl.x 0,72 24 Độ đen của ngọn lửa sáng as - Chọn 0,80 25 Độ đen của ngọn lửa anl - 1 – e-KPS 0,16 26 Tỉ số diện tích ghi với diện tích buồng lửa r - 0,166 27 Độ đen của buồng lửa abl 0,374 28 Vị trí tương đối giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất của ngọn lửa X - , h_Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi( rất nhỏ) 0 29 Hệ số hiệu chỉnh điểm có nhiệt độ cao nhất M - 0,59 – 0,50 . X 0,59 30 Tỉ nhiệt trung bình của khói Vcp KJ/Kgđộ 16,26 31 Nhiệt độ khói đầu ra của buồng lửa theo tính toán q’’bl 0C 996 So sánh q’’bl tính với q’’bl giả thiết chọn thì giá trị q’’bl tính toán chấp nhận được nên chọn q’’bl = 996oC Tra bảng 3 (I - q) ta có : I’’bl = 14381,85 kJ/kg. Lượng nhiệt hấp thụ ở buồng lửa là : Qbxbl = j.(Qbl – I’’bl) = 0,95.(22853,94 – 14381,85) = 8387,374kJ/kg. 7.6. Tính toán thiết kế cụm ống lửa : 7.6.1. Đặc tính cấu tạo của cụm ống lửa : Các ống lửa được lắp thành một cụm bởi 2 mặt sàn ở hai biên đầu ống . Các ống được gắn vào mặt sàn bằng phương pháp núp. Bố trí khói nóng đi bên trong ống và truyền nhiệt cho nước bao quanh ngoài ống Ống lửa có : Đường kính ngoài : do = 54 mm Đường kính trong : d = 51 mm Bước ống ngang : S1 = 80 mm Bước ống dọc : S2 = 80 mm Đường kính ống trung bình : dtb= 0,5.(do + d) = 53 mm Chọn số ống sơ bộ : z = 45 ống Tiết diện đường khói đi : Fk = m2 7.6.2. Tính truyền nhiệt cụm ống lửa : Bảng 8: Tính truyền nhiệt cụm ông lửa TT Tên đại lượng Công thức tính hoặc cơ sở chọn Ký hiệu Đơn vị Kết quả 1 Nhiệt độ khói ra sau buồng lửa Tra bảng 5 0C 996 2 Lượng nhiệt hấp thụ của buồng lửa Tính nhiệt buồng lửa Qblbx 8048,49 3 Lượng nhiệt hấp thụ của cụm ống lửa Qol 11401,046 4 Entanpi khói sau buồng lửa Bảng 3 (a=1,45) I’’bl 14381,85 5 Entanpi khói sau cụm ống lửa I’’bl + Daol.Ikkl - I’’ol 2870,06 6 Nhiệt độ khói đầu ra cụm ống lửa Tra bảng I - q với I’’ol = 2780,9 q’’ol 0C 216 7 Nhiệt độ trung bình của khói 0,5.( + q’’ol) qtb 0C 606 8 Nhiệt độ nước cấp Bảng 4 tnc 0C 25 9 Nhiệt độ hơi bảo hòa Bảng 4 tbh 0C 110 10 Nhiệt độ trung bình (tnc + tbh).0,5 Dttbh 0C 67,5 11 Tốc độ khói trung bình 2,245 12 Độ chênh lệch nhiệt độ TB qtb – tbh Dttb 0C 496 13 T/p thể tích hơi nước trong khói Tra bảng 2 rH2O - 0,058 14 Thành phần thể tích khí 3 ng.tử Tra bảng 2 rn - 0,137 15 Nồng độ tro bay theo khói Tra bảng 2 m 6,618 16 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu 11,63.C7.Cs.CM.aH adl 62,3 17 Hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói abx 25,11 18 Chiều dày hữu hiệu của lớp bức xạ S m 0,013 19 Lực hấp thụ khí 3 ng.tử rn.S PnS Mnm 0,003 20 Hệ số làm yếu bức xạ do khí 3 n.tử Tra toán đồ (10-7) TBLH Kk Mnm 12,12 21 Hệ số làm yếu bức xạ do tro Tra toàn đồ(10-8) TBLH Ktr Mnm 0,011 22 Hệ số hấp thụ bức xạ bởi môi trường Kk.rn+ Ktr.m k Mnm 2,36 23 Lực hấp thụ của khói có chứa tro k.Pn.S k.Pn.S Mnm 0,030 24 Độ đen của dòng khói 1- e-kPS ak - 0,0296 25 Nhiệt độ vách ống 0,5.( qtb + tbh) tv 0C 358 26 Hệ số sử dụng nhiệt x 0,75 27 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách ống adl + abx av 87,11 28 Hệ số truyền nhiệt x.av k 65,33 29 Chiều cao của ống lửa Giả thiết ( kiểm tra lại ) L m 1 1,5 30 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt p.do.L.z Hol m2 6,782 10,178 31 Lượng nhiệt truyền tính toán ứng với 1Kg nhiên liệu Qttol 9571,2 14365,8 7.6.3. Đồ thị xác định chiều cao ống lửa : Từ đồ thị tìm được chiều cao của ống lửa : L = 1,15 m => Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của cụm ống lửa : Hol = p.do.L.z = 7,80 m2 7.7. Tính khí động nồi hơi : 7.7.1. Tính đường kính ống khói : Dk = 2. Trong đó : Btt _ Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán, Btt = 26,415kg/h Vk _ Thể tích khói ra khỏi cụm ống lửa, Vk = 8,5m3tc/kg t _Nhiệt độ khói thải, t = 210oC wk _ Tốc độ khói ra khỏi ống khói, wk = 20m/s. ( TKLH) Dk= 2. Ta chọn Dk = 0,16 m 7.7.2. Tính trở lực đường khói : a./. Trở lực buồng lửa : Dhbl = a. Trong đó A = 0,02 _ Hệ số bù tổn thất l = Hol = 1000mm Chiều cao buồng lửa wk = 5m/s Vận tốc của khói trong buồng lửa go = 0,116kgs2/m4 Dtr = 800mm Đường kính trong của buồng lửa => b./. Trở lực cụm ống lửa Trong đó S1,S2 – Bước ống dọc và bước ống ngangcủa ống lửa S1 = S2 = 30mm d = 54mm – Đường kính ngoài của ống lửa z1 = 8 Số dãy ống lửa theo đường kính lớn nhất Renf = 0,02 – Hệ số độ nhám bề mặt ống lửa go = 0,116kgs2/m4 wk = 10m/s – Vận tốc khói trong ống lửa Thay số ta có c./.Trở lực của hộp khói. Dhhk = d.0,5.wk2.go , [mmH2O] Trong đó d = 1m – Đường kính của hộp khói wk = 3m/s – Vận tốc của khói trong hộp khói => Dhhk = 1.0,5.32.0,116 = 0,052mmH2O d./. Tổng trở lực của đường khói DH = Dhbl + Dhol + Dhhk = 0,036 + 1,023 +0,052 =1,581mmH2O 7.7.3 Tính chiều cao ống khói Để đảm bảo điều kiện hút tự nhiên ta tính chiều cao ống khói theo điều kiện hth ³ 1,2 DH Hok.g. ³ 1,2 DH ® Hok ³ (1) Trong đó t = 210 oC Nhiệt độ trung bình của khói trong ống khói. ga – Khối lượng riêng của không khí xung quanh : ga =0,312. ( tk = 25oC ) go – Khối lượng