1. Tính toán thiết bị sấy phun
Cân bằng vật chất và năng lượng cho thiết bị sấy:
Các dữ liệu đã cho:
Năng suất nhập liệu: 15 kg/min.
Nồng độ nhập liệu: 50 %H2O.
Nồng độ sản phẩm: 3 %H2O.
Cân bằng vật chất:
Nhập liệu F,xF
Từ sơ đồ trên ta có:
F.xF = P.xP
Suy ra, P =
F.xF
xP
=
15.(1−0,5)
(1−0,03)
Nước bay hơi W
Thiết bị sấy phun
= 10,714 kg/min
Ta cũng tính được lượng nước bay hơi:
W = F – P = 15 – 10,714= 4,286 kg/min.
Cân bằng năng lượng:
Cân bằng năng lượng cho hệ thống được thể hiện ở hình vẽ sau:
Sản phẩm P,xP

2. Enthalpy bay
hơi,Eevp
Thiết bị sấy phun
Enthalpy sản
phẩm ,EP
Enthalpy nhập
liệu ,EF
Phương trình cân bằng năng lượng cho hệ thống:
EF + Ea
in = EP + Ea
out + Eevp + Eloss
Với:
Enthalpy của nhập liệu:
EF = F. CF. TF
CF: Nhiệt dung riêng của nhập liệu tại nhiệt độ TF (J/kgoC).
TF: Nhiệt độ nhập liệu (oC).
Chọn nhiệt độ nhập liệu TF ở 80oC.
Với nước cam ta có công thức sau:
CF = 0,80380 − 4,3416 . 10−3Brix − 5,6063 . 10−4 . T
= 0,80380 − 4,3416. 10−3 . T − 4,8008 . 10 −6 . T 2 = 2,0747 kJ/kgoC
Suy ra: Nhiệt dung riêng tại nhiệt độ nhập liệu TF.
Tổn thất năng
lượng,Eloss
Enthalpy không
khí vào, Ea
in
Enthalpy không
khí ra, Ea
out

3. EF = F. CF. TF = 20 .1,7745 .85 = 3016,65
Enthalpy của sản phẩm:
EP = F. CP . TP
CP: Nhiệt dung riêng của sản phẩm tại nhiệt độ TP (J/kgoC).
TP : Nhiệt độ sản phẩm ra khỏi thiết bị (oC).
Chọn : Ho = 0,05 kgH2O/kg không khí khô
Ta
out = 60o C
Tra giản đồ không khí ẩm tại nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị và độ ẩm tuyệt đối của
không khí ra khỏi thiết bị sẽ tìm được TP.
⇒ TP = 42,9oC
Tính 퐶푃
Ta có:
Protein: Cpro = 2,0082 + 1,2089. 10−3 . 42,9 − 1,3129. 10−6 . 42,92 = 2,0576 kJ/kgoC
Carbohydrate: Cc = 1,5488 + 1,9625. 10−3 . 42,9 − 5,9399. 10−6 . 42,92 =
= 1,6221 kJ/kgoC
Chất béo: Cfat = 1,9842 + 1,4733 . 10−3 . 42,9 − 4,8008 . 10−6 . 42,92 = 2,0386 kJ/kgoC
Suy ra: Nhiệt dung riêng tại nhiệt độ sản phẩm ra khỏi thiết bị TP.
CP = ΣCPi . Xi = (0,265.2,0576) + (0,385.1,6221) + (0,2675 .2,0386) = 1,7151kJ /
kgoC.
EP = P. CP . TP = 14 ,43.1,7151.42,9 = 1061,73
Enthalpy không khí vào:
푖푛 = 퐶푎
퐸푎
푖푛 . 푀푎
푖푛 . 푇푎
푖푛

4. 퐶푖푛 푎
= 1,005 + 1,88 . 퐻푖
퐻푖 : Độ ẩm tuyệt đối của không khí vào máy sấy (kgH2O/kg không khí khô).
Chọn: Nhiệt độ không khí ngoài trời: 30oC, độ ẩm tương đối không khí: 80%
Tra giản đồ không khí ẩm tìm được độ ẩm tuyệt đối của không khí vào máy sấy:
Hi = 0,02170 kgH2O/kg không khí khô.
푖푛 = 1,005 + 1,88 . 퐻푖 = 1,005 + 1,88 .0,02170 = 1,0458 푘퐽 /푘푔표 퐶
⇒퐶푎
푖푛 : Khối lượng khí vào máy sấy (kg/min).
푀푎
푖푛 : Nhiệt độ không khí vào máy sấy (oC). Chọn 푇푎
푇푎
푖푛 = 120표 퐶
Enthalpy không khí ra khỏi máy sấy:
표푢푡 = 퐶푎
퐸푎
표푢푡 . 푀푎
표푢푡 . 푇푎
표푢푡
표푢푡 = 1,005 + 1,88. 퐻표 = 1,005 + 1,88 .0,05 = 1,099 푘퐽/kgoC.
퐶푎
퐻표 : Độ ẩm tuyệt đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy (kgH2O/kg không khí khô).
푀표푢푡 푎
: Khối lượng khí ra khỏi máy sấy (kg/min).
표푢푡: Nhiệt độ không khí ra khỏi máy sấy (oC).
푇푎
Enthalpy của bốc hơi:
Eevp = λ. W = 2285.5,57 = 12727,45
Tra bảng tính chất của hơi nước bão hòa tìm được λ = 2285 kJ/kg.
λ: Ẩn nhiệt bốc hơi của ẩm (kJ/kg).
W: Ẩm thoát ra khỏi vật liệu (kg/min).
Tổn thất do mất mát năng lượng 퐸푙표푠푠 chọn 30%.
Ta có phương trình cân bằng năng lượng với giả thiết Ho: Σvào = Σra
푖푛 = 퐸푃 + 퐸푎
퐸퐹 + 퐸푎
표푢푡 + 퐸푒푣푝 + 퐸푙표푠푠
푖푛 − 퐸푎
⇔ 퐸푎
표푢푡 = 퐸푃 + 퐸푒푣푝 + 퐸푙표푠푠 − 퐸퐹 = 1061 ,73 + 12727 ,45 + 0,3 − 3016,65

5. 푖푛 (퐶푎
⇔푀푎
푖푛 . 푇푎
푖푛 − 퐶푎
표푢푡. 푇푎
표푢푡) = 10772 ,83
푖푛 =
⇒푀푎
10772,83
푖푛 .푇푎
(퐶푎
푖푛−퐶푎
표푢푡 .푇푎
표푢 푡 )
=
10772,83
59,556
= 180,886 푘푔 /푚푖푛
Kiểm tra lại giả thiết Ho (đã sử dụng ban đầu)
Dựa trên nguyên tắc cân bằng vật chất
표푢푡 = 푀푎
퐻표 . 푀푎
표푢푡 . 퐻푖 + 푊 (do 푀푎
푖푛 = 푀푎
표푢푡 )
푖푛.퐻푖+ 푊
푀푎
Ta có: Ho = 푀푎
푖푛 =
180 ,886.0,02170 +5,57
180 ,886
= 0,052 kgH2O/kg không khí khô
Ta thấy Ho kiểm tra chênh lệch so với Ho giả thiết là:
0,052−0,05
0 ,05
. 100% = 4% < 5%. Vậy
lựa chọn ban đầu là hợp lý.
Lượng không khí vào máy sấy:
in. Hi + Ma
푀푎푖푛 = Ma
in = 180,886.0,02170 + 180,886 = 184,811 kg/min
Lượng không khí khô ra khỏi máy sấy:
out . Ho + Ma
푀푎표푢푡 = Ma
out = 180,886.0,05 + 180,886 = 189,930 kg/min
푖푛 = 120℃ và Hi = 0,02170 kgH2O/kgkkk, ta tìm được
Tra giản đồ không khí ẩm tại 푇푎
thể tích riêng v = 1,152 m3/kg
⇒ Thể tích không khí vào Qin = Main.v = 184,811.1,152 = 212,902 m3/min
Tính toán thời gian sấy:
Khối lượng riêng của dung dịch trước khi sấy: TF = 85oC.
Protein: 휌푝푟표 = 1,3299. 103 − 0,51840. 푇 = 1285 ,84 푘푔 /푚3
Carbohydrate: 휌퐶 = 1,5991. 103 − 0,31046. 푇 = 1572 ,71 푘푔 /푚3
Chất béo: 휌푓푎푡 = 9,2559. 102 − 0,41757 . 푇 = 890,41 푘푔/푚3
⇒휌퐹 =
1
Σ
푊푖
휌푖
= 1331 ,03 푘푔/푚3

6. Khối lượng riêng của dung dịch sau khi sấy: TP = 42,9표퐶
Protein: 휌푝푟표 = 1,3299. 103 − 0,51840. 푇 = 1307 ,661 푘푔/푚3
Carbohydrate: 휌퐶 = 1,5991. 103 − 0,31046. 푇 = 1585 ,781 푘푔/푚3
Chất béo: 휌푓푎푡 = 9,2559. 102 − 0,41757 . 푇 = 907,676 푘푔 /푚3
⇒휌푃 =
1
Σ
푊푖
휌푖
= 1351,169 푘푔 /푚3
푖푛 = 120℃
Nhiệt độ không khí vào máy sấy: 푇푎
Nhiệt độ bề mặt giọt chất lỏng TS = 46,3
Ẩn nhiệt bốc hơi: λ = 2285 kJ/kg (tra bảng tính chất hơi bão hòa của nước tại Tav g = 90oC)
Hệ số dẫn nhiệt: của không khí: Kg = 0,0313 W/moC
Độ ẩm tới hạn: 푋푒 =
0,015
1−0,015
= 0,015 kgH2O/kg chất khô
Độ ẩm cuối: 푋푃 =
0,03
1−0,03
= 0,031 kgH2O/kg chất khô
Đường kính ban đầu (giọt chất lỏng): dF = 3,5.10-3 m
Tính toán đường kính hạt sau khi sấy:
Lượng chất rắn trong một giọt chất lỏng = VF.ρF.XF
Lượng chất rắn trong hạt sản phẩm = VP.ρp.XP
Với thể tích giọt chất lỏng 푉퐹 =
4
3
푑퐹
2
휋(
)3
Thể tích hạt sản phẩm 푉푃 =
4
3
푑푃
2
휋(
)3
Ta có: chất rắn trong một giọt chất lỏng nguyên liệu = chất rắn trong một hạt sản phẩm
VF.ρF.XF = VP.ρp.XP
⇔
4
3
푑퐹
2
휋(
)3 . ρF.XF =
4
3
푑푃
2
휋(
)3 . ρp.XP

7. ⇔ (
dP
dF
)3 =
ρF.XF
ρP .XP
=
1331,03.0,7
1351,169.0,97
= 0,711
⇔ (
푑푃
푑퐹
) = 0,892
⇒ dP = 0,892.3,5.10-3 = 3,122.10-3 m.
Tính toán thời gian sấy:
t =
ρF. λ. dF 2
in − TS )
8. Kg . (Ta
+
ρP . dP . λ. (XP − Xe)
6. h. Tavg
=
1331,03.2285 . (3,5.10−3 )2
8.0,0313 . (120 − 46,3)
+
1351,169 .3,112.10−3 . 2285. (0,031 − 0,015)
6.
2.0,0313
3,122 .10−3 . 90
= 2,03 giây.
Tính toán kích thước căn bản của tháp sấy:
Gọi L là chiều cao tháp sấy.
D là đường kính tháp sấy.
R là bán kính tháp sấy.
Chọn tỷ lệ
퐿
퐷
=
3
2
Ta được: 푅 =
1
3
퐿
Vận tốcnkhí đi trong tháp sấy được tính:
푈 =
푄푖푛
휋푅2 =
푄푖푛
휋(
1
3
퐿)2
Mà vận tốc hạt rơi từ trên xuống
푈 =
퐿
푡
⇒
퐿
푡
=
푄푖푛
휋푅2 =
푄푖푛
휋(
1
3
퐿)2

8. ⇒ 퐿3 =
9.푄푖푛 .푡
휋
=
9.212,902.2,03
휋
= 1238,764
⇒ L = 10,74 m.
⇒ R = 3,58 m.
Tính toán chiều cao đáy nón:
Chọn góc nghiêng của đáy nón:α = 45o
Ta có: 푡푔훼 =
퐿푛
푅
⇒ Ln = 3,58 m.