TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG sấy PHUN DỊCH sữa dừa với NĂNG SUẤT 4m3 24h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM MƠN TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA DỪA VỚI NĂNG SUẤT 4M3/24H ĐỀ TÀI: Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN TẤN DŨNG Sinh viên thực : TRẦN MINH TIẾN MSSV : 14116163 Lớp : 141162A TP HCM, tháng 10/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM Bộ môn Công nghệ Thực phẩm ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM MƠN TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA DỪA VỚI NĂNG SUẤT 4M3/24H ĐỀ TÀI: Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN TẤN DŨNG Sinh viên thực : TRẦN MINH TIẾN MSSV : 14116163 Lớp : 141162A TP HCM, tháng 10/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: TRẦN MINH TIẾN MSSV: 14116163 Ngành: Công nghệ Thực phẩm Tên đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa dừa với suất 4m 3/24h Nhiệm vụ đồ án: Tính tốn cân vật chất, cân lượng, tính tốn thiết kế hệ thống, thiết bị chính, phụ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2017 Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Tấn Dũng TP HCM, ngày tháng Người hướng dẫn năm 20 PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP HCM, ngày tháng Người hướng dẫn năm 20 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Đồ án mơn học Q trình thiết bị Cơng nghệ Thực phẩm hai đồ án sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Đồ án với mục tiêu giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức học mơn Q trình thiết bị Cơng nghệ Thực phẩm vào việc tính tốn, thiết kế hệ thống để áp dụng vào thực tế Trong phạm vi đồ án môn học này, chọn nghiên cứu, tính tốn thiết bị sấy phun, công nghệ tiên tiến ứng dụng rộng rãi thực tế Để hoàn thành đồ án không kể đến hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Tấn Dũng có định hướng giúp tơi hồn thiện đồ án Với trình độ chun mơn cịn nhiều thiếu sót đồ án nên không tránh khỏi sai sót làm Tơi mong đóng góp, nhận xét bổ sung để hồn thiện đồ án này! Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô! Sinh viên thực Trần Minh Tiến Danh sách hình Danh sách bảng MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việt Nam quốc gia có nguồn nguyên liệu dừa phong phú với chất lượng tốt Chúng trồng nhiều Bến Tre, Bình Định, Phú Yên,… Tuy có điểm mạnh nguyên liệu số lượng sản phẩm chế biến công nghiệp từ dừa cịn chưa phong phú mặt chủng loại Nước dừa nước cốt dừa thành phần giàu dinh dưỡng từ trái dừa Đặc biệt, nước cốt dừa xem nguyên liệu khơng thể thiếu q trình chế biến nhiều loại ăn truyền thống nước khu vực Đông Nam Á Tuy nhiên, nguyên liệu giàu béo dễ bị hư hỏng vi sinh vật nên trình sử dụng bảo quản gặp nhiều khó khăn Do đó, yêu cầu cấp thiết đặt cần phải chế biến nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng để giữ chất lượng kéo dài thời gian sử dụng Hiện nay, nhiều nước có diện tích trồng dừa lớn giới tạo bột sữa dừa hoà tan giúp cho trình bảo quản lâu Để tạo sản phẩm bột sữa dừa hoà tan người ta sử dụng phương pháp sấy phun dịch sữa dừa Kĩ thuật tạo sản phẩm có chất lượng cao ổn định, thời gian bảo quản kéo dài sản phẩm có độ ẩm thấp Và yếu tố định suất sản phẩm thiết bị sấy phun Vì vậy, tơi chọn đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thơng sấy phun dịch sữa dừa, với suất 4m 3/24h” để thực Đồ án mơn học Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm Mục tiêu đồ án Nghiên cứu tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun tối ưu phù hợp với nguyên liệu dịch sữa dừa cho suất 4m3/24h Nội dung đồ án • Tìm hiểu tổng quan công nghệ sấy, sấy phun, thiết bị sấy phun nguyên liệu dịch sữa • • • • • dừa Tính tốn cân vật chất, cân lượng q trình sấy phun Tính tốn thơng số hệ thống cho thiết bị sấy phun dịch sữa dừa Thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa dừa cho suất 4m3/24h Giới hạn nghiên cứu đồ án Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị sấy phun dịch sữa dừa suất 4m3/24h Phạm vi nghiên cứu: Tính tốn cân vật chất lượng, thiết kế hệ thống sấy phun Ý nghĩa khoa học Đề tài nhằm tính tốn, thiết kế hệ thơng sấy phun, tạo điều kiện cho việc khảo sát tính chất nhiệt – vật lý vật liệu ẩm khác Ý nghĩa thực tiễn • Hệ thống có ý nghĩa ứng dụng rộng ngành công nghệ thực phẩm để tạo sản phẩm dạng bột • Thiết bị có quy mơ lớn với suất lớn áp dụng rộng rãi quy mô công nghiệp 10 Nên: Để bơm làm việc hiệu cần chọn cơng suất thực tế lớn hơn, tính theo cơng thức: (3.64) Với hệ số an tồn, N – 3,97 W < 1kW Chọn Nên: Ntt = 3,97 = 7,94 W Hình 20 Máy bơm nhu động Trang 57 3.1.6.3 Tính tốn phận tạo sương Trong nghiên cứu này, chọn cấu phun dạng đĩa ly tâm, chuyển động nhờ động điện Spindle 1,5 KW với tốc độ quay ÷ 24000 vịng/ phút sử dụng điều chỉnh tốc độ quay khoảng 10000 vịng/phút với thơng số kỹ thuật chi tiết minh họa bảng sau: Bảng Thông số kỹ thuật động spindle Model GDZ–80–1.5Bφ80x188 Nhãn hiệu Changsheng Công suất 1,5 KW Tốc độ tối đa 24000 vòng/phút Điện áp 220/380 VAC Dòng điện định mức 5A Tần số 400 Hz Vòng bi Vòng bi 7002C P4, vịng 6002C P4 Hình 21 Đầu phun động Spindle  Vận tốc quay đĩa (rad/s) (3.65)  Tốc độ quay đĩa = 0,025.1046,67 = 26,17 (m/s) 3.1.6.4 Tính tốn quạt hút Trang 58 (3.66)  Xác định cột áp toàn phần ΔP (3.67) Trong đó: ΔP1 trở lực màng lọc bụi trước calorifer màng lọc trước quạt hút, ΔP1 = 2.150 = 300 N/m2; ΔPk trở lực từ calorifer đến buồng sấy (N/m2); ΔPN-B trở lực từ nắp buồng sấy (N/m2); ΔPB trở lực buồng sấy (N/m2); ΔPB-O trở lực từ buồng sấy đến ống (N/m2); ΔPX trở lực cyclone (N/m2); ΔPO trở lực đường ống nối (N/m2); • Trở lực từ calorifer đến buồng sấy Chọn ống dẫn khí từ calorifer vào buồng sấy ống làm inox 304 có hệ số độ nhám ε = 0,1 mm, có đường kính Φ = 0,1 m Trở lực từ calorifer đến buồng sấy tính cơng thức: [14] (3.68) Với: chiều dài đoạn ống dẫn, = 1,0 m; Ống dẫn khí từ calorifer đến buồng sấy có hai góc cua 90o, 1 = 2 = [4] Vận tốc dịng khí thổi ống: (3.69) Ta có: (3.70) (3.71) Với: Regh: trị số Renoyl giới hạn khu vực nhám thuỷ học; Ren: trị số Renoyl đặc trưng cho khu vực nhám Ta có: (3.72) Trong đó: ρ khối lượng riêng độ nhớt động học khơng khí nhiệt độ khơng khí vào 150oC, tra bảng ta được: ρ150 = 0,8345 kg/m3, = 28,945.10-6 (m2/s); Vì: Regh < Re < Ren Trang 59 Suy λ3 xác định cơng thức: Vậy: • Trở lực từ nắp buồng sấy Chỉ xét tổn thất cục đột mở từ đường kính Φ = 0,1 m ống dẫn khí nóng buồng sấy có đường kính D = 1,67 m Tính hệ số trở lực cục đột mở: (3.73) Với A1, A2 tiết diện ống dẫn tiết diện buồng sấy (m2) Trở lực từ nắp buồng sấy: (3.74) Vận tốc dịng khí thổi nắp vào buồng sấy: (3.75) Vậy: • Trở lực buồng sấy: (3.76) Trong đó: chiều cao tháp sấy, = Ltháp = 3,9 m; đường kính buồng sấy, = D = 1,67m; Wk3 vận tốc dòng khí thổi buồng, tính theo cơng thức: (3.77) Ta có: (3.78) Trong đó: ρ khối lượng riêng độ nhớt động học không khí nhiệt độ trung bình 115oC, tra bảng ta được: ρ115 = 0,91 kg/m3, = 24,87.10-6 (m2/s); Vì: Regh < Re < Ren Suy λ3 xác định cơng thức: (3.79) Trang 60 Nên: Vậy: • Trở lực từ buồng sấy tới đường ống (3.80) Trong đó: 4 = 0.1  < 45o; Vận tốc dịng khí thổi từ buồng sấy tới đường ống: (3.81) Trang 61 Vậy: • Trở lực đường ống Đối với đường ống dẫn khí có thất lượng ma sát sinh theo dòng chảy dẫn đến tổn thất áp suất dọc đường ống (ΔPms) độ nhám dọc theo đường ống gây tổn thất áp suất cục co, cua, gấp khúc khớp nối ống dẫn (ΔPcb) Theo phương trình Becnully, trở lực đường ống xác định: ΔPo = ΔPms + ΔPcb (3.82) Với: ΔPms = ΔPcb= (3.83) (3.84) Trong đó: λ: hệ số ma sát dịng khí ống (m); L: chiều dài đường ống (m); D: đường kính ống (m); : hệ số trở lực cục bộ; w: vận tốc khơng khí ống (m/s); ρ: khối lượng riêng khơng khí (kg/m3); Xác định ΔPms Đường ống làm inox có hệ số độ nhám ε = 0,05 (mm): + Xét đoạn ống từ buồng sấy cyclone Tổng chiều dài đoạn ống từ ngõ buồng sấy đến cyclone là: 4,0 (m) với đường kính Φ = 0,1 (m) Với: Lưu lượng dịng khí ra: Vkr = 5423,04 m3/h Vận tốc dịng khí chảy ống: (3.85) Ta có: (3.86) (3.87) Trang 62 (3.88) Ta thấy: Re > Ren Tra bảng II.13 trang 379, Sổ tay QTTB tập ta có: λ1 = 0,0197 W/(m.K) Nên: = Với: (3.89) khối lượng riêng hỗn hợp khí sau khỏi buồng sấy, (3.90) Suy ra: + Xét đoạn ống từ cyclone quạt Tổng chiều dài đoạn ống từ ngõ cyclone đến quạt là: 1,0 m với đường kính = 0,1 (m) Wk6 = Wk5 = 129,45 m/s Ta có: (3.91) (3.92) (3.93) Ta thấy: Re > Ren Tra bảng II.13 trang 379, Sổ tay QTTB tập ta có: λ1 = 0,0197 W/(m.K) Trang 63 Nên: (3.93) Khơng khí khỏi buồng sấy (80oC) trao đổi nhiệt với đoạn ống cyclone nhiệt độ khơng khí giảm xuống cịn khoảng 45-60 oC Giả sử nhiệt độ khơng khí khỏi cyclone 50oC ta có thơng số: ρ c = 1,093 (kg/m3), vc = 17,95.10-6 (m2/s) khối lượng riêng khơng khí sau khỏi cyclone (ở 50oC) Suy ra: Xác định ΔPcb Đường ống bố trí góc cua 900, = ta có: (3.94) Suy ra, trở lực đường ống: ΔPo = ΔPms1 + ΔPms2 + ΔPcb (3.95) = 6509,94 + 1804,10 + 43099,78 = 51413,82 N/m2 • Trở lực cyclone (3.96) Với:  hệ số trở lực cyclone,  = 105 ρhh khối lượng riêng hỗn hợp khơng khí bụi, kg/m 3, nhiệt độ khơng khí 800C Nên: Vậy, tổng cột áp toàn phần ΔP (3.97) = 300 + 19353,18 + 881,48 + 0,03 + 89,67 + 51413,82 + 298,17 = 72336,35 N/m2  Công suất quạt Công suất quạt xác định công thức: (3.98) Trong đó: Hệ số an tồn ( = 1,1 ÷ 1,2) chọn = 1,2 Trang 64 ηq Hiệu suất chung quạt, ηq = 0,5 ÷ 0,9 chọn ηq = 0,7 Vkr lưu lượng thể tích (m3/h) Nên: Hình 22 Quạt ly tâm 3.1.6.5 Tính tốn calorife Lượng nhiệt u cầu cho q trình sấy nóng khơng khí: (3.99) Trong đó: V: Lưu lượng theo thể tích khơng khí, V = 6356,03 m3/h; ρ: Khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ 27 oC, ρ30 = 1,177 kg/m3 Cp: Tỉ nhiệt không khí nhiệt độ 27oC, lấy 0,24 kcal/kgoC; t1, t2 : Nhiệt độ đầu vào nhiệt độ cuối khơng khí qua calorifer, oC; Thay số vào ta được: Q = 6356,03.1,177.0,24.(150 – 80) = 125681,59 (kcal/h) Tổng công suất điện cần cấp vào sấy: Chọn công suất điện 150 kW Trang 65 Để gia nhiệt lên 100 – 200oC cần thời gian lưu tối thiểu 0,3s Thể tích calorife: (3.100) Chọn thể tích calorife 0,5 m3 Chọn calorife hình trụ: đường kính R = 0,45 m, chiều cao phần trụ thân H = 1m Chọn bề dày cách nhiệt L = 0,5 m Vật liệu chế tạo: thép không gỉ 3.2 Thảo luận Các tính tốn tham khảo từ số nguồn tài liệu, tạp chí, sách chuyên khảo sấy nên có ý nghĩa khoa học Thiết bị sử dụng cấu phun ly tâm loại đầu phun sử dụng phổ biến nay, giúp tạo hạt có kích thước nhỏ Vì thế, thời gian sấy nhanh sản phẩm tạo thành có dạng bột mịn, dễ hồ tan Trong q trình tính tốn có xảy số khó khăn suất nhập liệu lớn nên công suất động quạt hút calorife gia nhiệt đốt nóng khơng khí lớn Nếu áp dụng vào thực tế địi hỏi chi phí lượng cao nên tổng chí tạo sản phẩm cao Vì thế, giá thành sản phẩm tăng lên Do đó, dịng sản phẩm phù hợp cho việc phân phối hệ thống siêu thị lớn xuất Trang 66 KẾT LUẬN Qua việc thực đồ án mơn học này, tơi có số đánh giá thiết bị sấy phun tính tốn thiết kế sau: • - Về ưu điểm Thiết bị sấy vật liệu sấy dạng dịch lỏng với thời gian sấy nhanh Sản phẩm thu có dạng bột mịn, ẩm thấp, dễ hoà tan nước chất lượng không bị biến đổi so với dịch ban đầu - Thiết bị dễ tự động hố điều khiển lập trình PLC • Về nhược điểm - Tốn chi phí lượng lớn cho q trình sấy - Thiết bị tương đối khó gia cơng (cơ cấu đĩa phun ly tâm) Hiện nay, công nghệ sấy phun ứng dụng rộng rãi chế biến thực phẩm, giúp tạo dòng sản phẩm dạng bột khơ hồ tan đáp ứng nhu cầu cho người tiêu dùng Có nhiều phương pháp sấy phun phân loại dựa cấu hệ thống phun sương tạo hạt, cách bố trí vịi phun, Vì loại máy sấy phun đa dạng phong phú Do đó, việc lựa chọn phương pháp phù hợp với vật liệu sấy để đảm bảo hiệu trình sấy cần thiết Đồ án tính tốn thiết kế hệ thống sấy phun với suất lớn áp dụng quy mô công nghiệp Các số liệu, công thức tính tốn tương đối tin cậy tham khảo nghiên cứu, sách chuyên khảo sấy nên hồn tồn có ý nghĩa khoa học Việc tính tốn, thiết kế thiết bị sấy phun giúp tạo hệ thống hồn chỉnh nhất, ứng dụng cho nhiều loại vật liệu khác Điều tạo đa dạng phong phú loại sản phẩm thị trường góp phần giúp ngành Công nghệ thực phẩm phát triển mạnh mẽ Trang 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Trần Văn Phú 2002 Tính tốn thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục 360 trang Hoàng Văn Chước 1999 Giáo trình Kỹ thuật sấy NXB Khoa học Kỹ thuật 283 [3] trang Nguyễn Văn May.2004 Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm NXB Khoa học [4] [5] Kỹ thuật 234 trang Trần Văn Phú 2008 Kỹ thuật sấy NXB Giáo dục 267 trang Vũ Bá Minh, Võ Văn Ban 2004 Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học Thực [6] phẩm - Tập 3: Truyền khối NXB Đại học Quốc gia TP HCM 388 trang C Anandharamakrishnan, Padma Ishwarya S 2015 Spray Drying Techniques for Food [7] Ingredient Encapsulation Wiley-Blackwell publishing 321 pages Brian E Grimwood, F Ashman 1976 Coconut Palm Products : Their Processing In [8] Developing Countries Food & Agriculture Org 284 pages B Bhandari, N Bansal, M Zhang, P Schuck 2013 Handbook of Food Powers [9] Woodhead Publishing 688 pages Lê Văn Việt Mẫn 2010 Giáo trình Cơng nghệ sản xuất sản phẩm pha chế - Tập 1: Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa NXB Đại học Quốc gia TP HCM 338 trang [10] Iva Filková., Li Xin Huang., Arun S Mujumdar 2015 Industrial Spray Drying Systems In: Handbook of Industrial Drying Fourth Edition (Arun S Mujumdar) CRC Press publishing Pp: 191-225 [11] Trần Đình Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Phạm Xuân Toản 2006 Sổ tay Quá trình thiết bị Cơng nghệ hố chất – Tập NXB Khoa học Kỹ thuật 447 trang [12] Xiao Dong Chen, Arun S Mujumdar 2008 Drying Technologies in Food Processing Wiley-Blackwell publishing 352 pages [13] Nguyễn Tấn Dũng 2016 Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học Thực phẩm – Kỹ thuật Công nghệ Sấy thăng hoa NXB Đại học Quốc gia Việt Nam 431 trang [14] Nguyễn Văn Lụa 2006 Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập NXB Đại học Quốc Gia TP HCM, 252 trang [15] Nguyễn Bin 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập NXB Khoa học Kỹ thuật 234 trang [16] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 10 Trường ĐH Bách khoa TP HCM 463 trang [17] Trần Đình Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên 2006 Sổ tay Quá trình thiết bị Cơng nghệ hố chất – Tập NXB Khoa học Kỹ thuật 632 trang Trang 68 [18] Ampawan Tansakul, Pawinee Chaisawang 2005 Thermophysical properties of coconut milk Journal of Food Engineering 73: 276 – 280 [19] Chee C Seow, Choon N Gwee 1997 Coconut milk: chemistry and technology International Journal of Food Science and Technology 32: 189 – 201 Trang 69 ... dịch sữa • • • • • dừa Tính tốn cân vật chất, cân lượng q trình sấy phun Tính tốn thông số hệ thống cho thiết bị sấy phun dịch sữa dừa Thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa dừa cho suất 4m3/ 24h. .. cứu tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun tối ưu phù hợp với nguyên liệu dịch sữa dừa cho suất 4m3/ 24h Nội dung đồ án • Tìm hiểu tổng quan công nghệ sấy, sấy phun, thiết bị sấy phun nguyên liệu dịch. .. cứu: Thiết bị sấy phun dịch sữa dừa suất 4m3/ 24h Phạm vi nghiên cứu: Tính tốn cân vật chất lượng, thiết kế hệ thống sấy phun Ý nghĩa khoa học Đề tài nhằm tính tốn, thiết kế hệ thơng sấy phun,