Phạm Thị Trà Giang – 20174597 Đề bài:
- Độ ẩm ban đầu: W1 = 80%.
- Độ ẩm sau sấy: W2 = 7%.
- Năng suất làm việc (tính theo khối lượng nguyên liệu đầu vào): G1 = 200kg/mẻ.
- Thời gian đưa VLS vào và ra bình thăng hoa: t = 14h.
- Nhiệt độ thăng hoa: -10℃.
- Nhiệt độ môi trường: 20℃.
- Nhiệt độ tấm đốt nóng: 40℃.
- Thời gian và lượng ẩm theo giai đoạn:
• Quá trình làm lạnh: 1.5h; lượng ẩm thoát ra là 20% (tổng lượng ẩm).
• Quá trình thăng hoa: 7.5h;lượng ẩm thoát ra là 65%.
• Quá trình thải ẩm dư: 3h; lượng ẩm chiếm 15%.
- Độ chênh nhiệt độ của nước vào - ra khỏi bình thăng hoa: 5℃. Tính toán:
1. Tính toán nhiệt cho buồng thăng hoa
Phương trình cân bằng nhiệt trong quá trình: Q = Qth + Qbh – Qmt.τ [kJ] Trong đó:
Các thông số kỹ thuật cần thiết khi tính toán nhiệt cho quá trình sấy -
Năng suất buồng sấy: G = 200 [kg] nguyên liệu/ 1 mẻ.
Thời gian sấy 1 mẻ: 12 [h].
Độ ẩm cà rốt W1 = 80 [%], hàm lượng chất khô: Wk = 0,113 [%].
Độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy:W2 = 7%
Nhiệt độ thăng hoa: tth = - 10 [0C].
Nhiệt độ tấm đốt nóng bức xạ:tdn = 400C
Nhiệt độ môi trường: 20 [0C].
➢ Ở giai đoạn cấp đông vật liệu sấy: Thời gian: v1 =1,5 [h]
Hàm lượng ẩm bay hơi từ bề mặt sản phẩm, chon Wa.1 = 20 [%].
➢ Ở giai đoạn thăng hoa: Thời gian: v2 = 7,5[h]
Hàm lượng ẩm bay hơi từ bề mặt sản phẩm, chon Wa.2 = 65 [%].
➢ Ở giai đoạn sấy chân không: Thời gian: v3 = 3 [h]
Hàm lượng ẩm bay hơi từ bề mặt sản phẩm, Wa3 = 15%
Tổng lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy được xác định: 𝑊1−𝑊2 80−7 Wa = 𝐺1. = 200. = 157 [kg/mẻ] 100−𝑊2 100−7 Sản phẩm sau khi sấy:
Gsp = G1 - Wa = 200 – 157 = 43 [kg/mẻ].
Lượng ẩm cần thiết bốc hơi trong mỗi giờ ở từng giai đoạn
Ở giai đoạn cấp đông: 𝑊𝑎1.𝑊𝑎 0,2.157 W11 = = = 20,9 [kg/h] 𝑡1 1,5 Ở giai đoạn thăng hoa: 𝑊𝑎2.𝑊𝑎 0,65.157 W12 = = = 13,6 [kg/h] 𝑡2 7,5
Ở giai đoạn sấy chân không: 𝑊𝑎3.𝑊𝑎 0,15.157 W13 = = = 7,85 [kg/h] 𝑡3 3
Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình thăng hoa trong một giờ:
qth = rth.W12 = 2843,488. 13,6 = 38671,44 [kJ/h] = 10742,066 [W].
Trong đó: Ẩn nhiệt thăng hoa ở -10℃ là: 𝑟𝑡ℎ = 680 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 = 2843.488 𝑘𝐽/𝑘𝑔
Nhiệt lượng cần thiết cho cả quá trình thăng hoa:
Qth = qth. v2 = 10742,066.7,5 = 80565,5 [kJ].
Tính nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy chân không:
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rhh = 591 [kCal/kg] = 2471,326 [kJ/kg].
Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy chân không:
Qbh = qbh. v3 = rhh.W13. v3 = 2471,326. 7,85.3 = 58199,73 [kJ].
Nhiệt lượng từ môi trường bên ngoài xâm nhập vào làm giảm bớt lượng nhiệt cung cấp,
đây là dòng nhiệt có lợi. Để thuận tiện cho việc tính toán thì nhiệt lượng xâm nhập từ
bên ngoài vào bên trong buồng thăng hoa cũng chính là buồng cấp đông bằng với nhiệt
xâm nhập từ môi trường vào trong giai đoạn cấp đông:
Qmt = 0,582 [kW] = 2095,2 [kJ/h] ⇒ Qmt. v = 2095,2.12 = 25142,4 [kJ].
Tổng nhiệt lượng cần thiết cho cả quá trình sấy được xác định:
Q = Qth + Qbh – Qmt.τ = 80565,5 + 58199,73 – 25142,4 = 113622,83 [kJ].
Nhiệt lượng cần thiết để tách 1 [kg] ẩm ra khỏi vật liệu sấy: 𝑄 113622,83 q = = = 723,71 [kJ/kg ẩm]. 𝑊𝑎 157
2. Hệ số bức xạ quy dẫn 𝛆𝐪𝐝:
• Lấy độ đen của tấm đốt nóng và độ đen của VLS tương ứng là: 𝜀1 = 0.96 𝑣à 𝜀2 = 0.9. • Vậy có: 1 1 𝜀𝑞𝑑 = 1 1 = 1 1 = 0.867 − −1 − −1 𝜀1 𝜀2 0.96 0.9
- Diện tích đốt nóng của bình thăng hoa: 𝑞 𝐹1 = 𝑡ℎ 𝑇 4 𝑇 4 𝑘 × 5.67 × 𝜀 𝑑𝑛 𝑡ℎ 𝑞𝑑 × [(100) − (100) ] 80565,5 = 273 + 40 4 273 −10 4 1.2×5.67×0.867×[( ) − ( ) ] 100 100 = 283,73 (m2)
(Với k = 1.2 là hệ số tính đến ảnh hưởng của dẫn nhiệt và đối lưu)