THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƯỜNG KIỂU THÙNG QUAY, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 8000 KG/H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƯỜNG KIỂU THÙNG QUAY, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 8000 KG/H GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN SVTH: VÕ NGỌC AN MSSV: 2005170001 LỚP: 08DHTP7 NGÔ THỊ B MSSV: 2005130XXX LỚP: XXDHTP TP HỒ CHÍ MINH, 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƯỜNG KIỂU THÙNG QUAY NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 8000 KG/H GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN SVTH: VÕ NGỌC AN MSSV: 2005170001 LỚP: 08DHTP7 NGÔ THỊ B MSSV: 2005130XXX LỚP: XXDHTP TP HỒ CHÍ MINH, 2021 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ BẢN NHẬN XÉT CỦA GVHD LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi cam đoan báo cáo khóa luận tốt nghiệp chúng tơi thực hướng dẫn thầy/cô… Các số liệu kết phân tích báo cáo trung thực, khơng chép từ đề tài nghiên cứu khoa học TP.HCM, tháng … năm 2021 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Kí ghi rõ họ tên) i TĨM TẮT ĐỒ ÁN Mục đích nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy thùng quay nhằm sấy đường cách tối ưu Qua ứng dụng sản xuất công nghệ thực phẩm Với đề tài này, tiến hành đánh giá nguyên liệu, phương pháp sấy tác nhân sấy, xác định quy trình cơng nghệ tính tóan thiết bị phù hợp Từ nghiên cứu, tính tốn thiết bị tốt cho hệ thống sấy đường thùng quay dùng để sấy đường theo suất đề tài ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, trước hết chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô giáo khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại học Cơng nghiệp thực phẩm Tp Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt trình học tập rèn luyện trường Trong trình thực đề tài chúng em gặp khơng khó khăn Nhưng với động viên giúp đỡ quý thầy cô, người thân bạn bè, chúng em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu có kinh nghiệm, kiến thức hữu ích cho thân Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hữu Quyền, người trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực đề tài Dù cố gắng khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong thơng cảm đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để đồ án hồn thiện Cuối cùng, xin kính chúc q thầy cô bạn sức khỏe, thành công công việc sống Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng…, năm 2021 SVTH iii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ iii BẢN NHẬN XÉT CỦA GVHD iv LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT KHÓA LUẬN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đậu xanh 1.1.1 Mô tả thực vật 1.1.2 Nguồn gốc phân bố .3 1.1.3 Thành phần hóa học vỏ đậu xanh 1.2 Flavonoid 1.2.1 Nguồn gốc .5 1.2.2 Cấu trúc 1.2.3 Phân bố flavonoid thực vật 1.2.4 Phân loại tính chất CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Thời gian địa điểm làm đề tài 10 2.2 Vật liệu nghiên cứu .10 2.2.1 Nguyên liệu 10 2.2.2 Hóa chất 10 2.2.3 Thiết bị 11 2.3 Phương pháp nghiên cứu 12 2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 12 2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 13 2.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 13 2.4.1 Phương pháp phân tích 13 2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu .13 2.5 Nội dung nghiên cứu 14 2.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát lựa chọn loại nguyên liệu .14 2.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát thành phần nguyên liệu 14 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 16 iv 3.1 Kết thí nghiệm: Khảo sát nguyên liệu 16 3.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát loại nguyên liệu .16 3.1.2 Kết thí nghiệm 2: Khảo sát thành phần nguyên liệu .16 3.2 Kết thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu trích ly hàm lượng flavonoid tổng 17 3.2.1 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng loại dung môi đến TFC 17 3.2.2 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến TFC 18 3.2.3 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến TFC 19 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 4.1 Kết luận 21 4.2 Kiến nghị 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 PHỤ LỤC 25 PHỤ LỤC A: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 25 PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ .27 PHỤ LỤC C: HÌNH ẢNH 29 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cây đậu xanh .3 Hình 1.2 Công thức cấu tạo Vitexin Isovitexin Hình 1.3 Cấu trúc phân tử flavonoid Hình 1.4 Hệ thống C6-C3- C6 .6 Hình 1.5 Vòng thơm vòng pyran Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu .12 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm .13 Hình 2.3 Quy trình khảo sát nguyên liệu 15 Hình 3.1 Đồ thị kết hàm lượng flavonoid tổng trích ly từ loại nguyên liệu 16 Hình 3.2 Ảnh hưởng loại dung môi đến hàm lượng flavonoid tổng (mgQE/g) .17 Hình 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ NL/DM đến hàm lượng flavonoid tổng (mgQE/g) 19 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng flavonoid tổng (mgQE/g) 20 vi Độ nhớt động k 1,883.10-5 m2/s Bước cánh: sc = tc + δc = 0,005 + 0,0005 = 0,0055 (m) Số cánh tối đa ống : ⇒ Chọn nc = 182 cánh Diện tích phần khơng làm cánh ống: : diện tích phần cánh ống : diện tích phần khơng cánh ống : diện tích ngồi ống có cánh (phía khơng khí) : diện tích ống có cánh (phía nước ngưng tụ) Diện tích phần cánh ống: Đường kính tương đương ống: 47 Hình 5.3 Các diện tích bề mặt ống có cánh Lưu lượng khơng khí vào caloriphe: V0 = v0.L = 0,889.4163,08 = 3700,98 (m3/h) = 1,028 (m3/s) Trong đó: v0: Thể tích riêng khơng khí 27,2 0C, (m3/kg) L: Lưu lượng tác nhân khô (kg/h) Chọn đường kính ống dẫn khí là: D = 160 mm Vận tốc dịng khí đường ống: Chọn đường kính cửa vào caloriphe là: d = 100mm Vận tốc dịng khí cửa vào caloriphe đột mở: Vận tốc khơng khí khe hẹp caloriphe: Chuẩn số Reynolds: Chuẩn số Nusselt (đối với ống xếp so le): 48 Hệ số cấp nhiệt cánh: Ta có: β.h = 238,12.0,004 = 0,952 (1) Từ (1) (2) tra đồ thị (2.31/109[5]) ta có hiệu suất cánh: ηc = 0,725 Hệ số cấp nhiệt phía ngồi ống: Hệ số làm cánh: 4.8.3 5.1.2.Tính hệ số cấp nhiệt phía ống α1 Chọn nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc nước ngưng: tw = 116,60C Hiệu số nhiệt độ: ∆t1 = T – tw = 119,6 – 116,6= (0C) 49 Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: Các thơng số nước bão hịa ngưng tụ ống: (Tra bảng II-6/37,[7]) Hệ số dẫn nhiệt: λn = 0,6856 W/m2.K Độ nhớt: μn = 0,241.10-3 N.s/m2 Khối lượng riêng: ρn = 944,68 kg/m2 Ẩn nhiệt ngưng tụ: r = 2207.103 J/kg Tỉ số đường kính ngồi đường kính ống: Hệ số truyền nhiệt K tính vách phẳng Kiểm tra lại thông số tw: q = K.∆ttb = 621,989.55,23 = 34352,45 W/m2 q1= α1.∆t1 = 10885,72.3 = 32657,16 W/m2 Kiểm tra sai số: Chọn tw = 116,6 oC chấp nhận 50 5.1.3.Kích thước caloriphe Diện tích bề mặt ống: Tổng số ống caloriphe: Chọn số ống hàng: m = ống Số hàng ống: ⇒ chọn hàng ống Vậy tổng số ống thực tế: Σn = m.z = 6.9 = 54 ống Kích thước caloriphe: Chiều cao: hc = l + 2ht = +2.0,1 = 1,2 m = 1200mm Chiều dài: b = (m - 1).s1 + (s1/2) + d2 + 2.hb1 = 5.0,05 +(0,05/2) + 0,016 + 2.0,028 = 0,347 m = 347mm Chiều rộng: c = (z – 1).s2 + d2 + 2.hb2 = 6.0,04 + 0,016 + 2.0,05 = 0,356 m = 356mm Với ht, hb khoảng cách từ thân thiết bị đến ống truyền nhiệt 5.1.4.Trở lực qua caloriphe Hệ số trở lực: Trở lực cục qua caloriphe: 51 5.2.Tính xyclone Tác nhân sấy sau qua thùng sấy mang theo nhiều hạt bụi đường Do đó, cần có biện pháp để làm khơng khí sau sấy trước thải vào mơi trường.Trong hệ thống sấy thùng quay thường dùng xyclon đơn Chọn loại xyclon đơn ЦH-15 với góc nghiêng cửa vào α = 15 o Loại đảm bảo độ làm bụi lớn với hệ số sức cản thủy lực nhỏ Lưu lượng khí vào xyclon lưu lượng tác nhân sấy khỏi thùng sấy: Chọn Vxyclon = V’2 = 3875,83 m3/h = 1,0766 m3/s Căn vào lưu lượng khí vào xyclon, ta chọn xyclon ЦH có suất từ 1450 – 1690 m3/h với đường kính xyclon D = 650mm (hệ số làm bụi tăng bán kính xyclon bé) (Bảng III.5/524, [4]) Ta tra kích thước xyclon ЦH-15 bảng sau: Bảng 5.4 Kích thước xyclon đơn loại ЦH-15 (Bảng III.4/526, [4]) STT Kích thước xyclon ЦH-15 Ký hiệu Cơng thức Giá trị (mm) Đường kính xyclon D Chiều cao cửa vào A 0,66D 429 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1,74D 1131 Chiều cao phần hình trụ h2 2,26D 1469 Chiều cao phần hình nón h3 2,0D 1300 Chiều cao phần bên ống tâm h4 0,3D 195 Chiều cao chung H 4,56D 2964 Đường kính ngồi ống d1 0,6D 390 Đường kính cửa tháo bụi d2 0.4D 260 10 Chiều rộng cửa vào b1/b 0,26D/0,2D 169/130 11 Chiều dài ống cửa vào l 0,6D 390 52 650 12 Khoảng cách từ tận xyclon tới mặt bích h5 0,3D 13 Góc nghiêng nắp ống vào α 15o 14 Hệ số trở lực xyclon ξ 105 195 Bunke chứa bụi: Thể tích làm việc bunke xyclon đơn: Vbunke = 0,6m3 (Bảng III.5a/525,[4]) Góc nghiêng thành bunke cần lớn góc nghiêng rơi tự nhiên, thường lấy từ 55-60o (38/525 [4])  Chọn 60o Độ làm xyclon: η = 88,65% (Bảng III.12/533, [4]), đường kính hạt bụi Hình 5.4 Xyclon đơn ЦH-15 tách nhỏ từ - 10μm (Bảng III.13/533 [4]) Tốc độ quy ước khí: Trở lực qua xyclon: 5.3.Tính trở lực chọn quạt Vì hệ thống sấy dài, trợ lực lớn nên ta bố trí quạt đầu cuối hệ thống: Quạt đẩy: Đặt đầu hệ thống có nhiệm vụ cung cấp khơng khí cho caloriphe để gia nhiệt sau đẩy vào thùng sấy Quạt hút: đặt cuối hệ thống có nhiệm vụ hút khơng khí sau sấy khỏi thùng 53 sấy qua xyclon để thu hồi bụi Vận tốc khí: Với Sống: diện tích tiết diện ngang ống m2 Chọn quạt ly tâm áp suất trung bình Ц9-57 No3 có kích thước (487,[4]): Mặt bích cửa ra: hình vng B = 210mm Mặt bích cửa vào: hình trịn D = 321mm Bảng 5.5 Tóm tắt thơng số khơng khí đường ống Đại lượng Trạng thái Ký hiệu khơng khí ban đầu (A) Trạng thái khơng khí vào thiết bị sấy (B) Trạng thái khơng khí khỏi thiết bị sấy (C’) Nhiệt độ t(0C) 27,2 90 40 Độ ẩm φ 0,77 0,04 0,59 Lưu lượng V (m3/s) 1,028 1,243 1,0766 Khối lượng riêng ρk (kg/m3) 1,1762 0,972 1,128 Độ nhớt μk (N.s/m2) 1,851.10-5 2,15.10-5 1,915.10-5 Bảng 5.6 Thiết kế hệ thống đường ống ST T Điểm bắt đầu Vị trí Kích thướ c Đoạn ống Vận tốc khí Chiề u dài L (m) Kích thướ c 54 Điểm kết thúc Vận tốc khí Vị trí Kích thước (mm) Vận tốc khí (mm) (m/s) (mm) (m/s) (m/s) Đầu ống vào quạt đẩy 160 20,6 0,25 Ø160 20,6 Cửa vào quạt đẩy Ø312 5,42 Cửa 210 quạt đẩy 11,9 0,5 Ø160 20,6 Lối vào caloriph e Ø100 52,8 Cửa caloriph e 160 24,9 1,75 Ø160 24,9 Cửa vào thùng sấy Ø160 24,9 Cửa thùng sấy 160 21,5 0,5 Ø160 21,5 Cửa vào quạt hút Ø312 5,67 Cửa quạt hút 210 12,5 0,25 Ø160 21,5 Cửa vào xyclon 169x13 68,1 5.3.1.Tính trở lực đường ống a)Trở lực ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds: Khi Re > 4000: dịng khí chế độ chảy xốy rối, xem dịng chảy khu vực nhẵn thủy lực, từ xác định hệ số trở lực ma sát λ theo bảng II.12/379,[4] Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát dịng chảy ổn định ống dẫn thẳng: Trong đó: : vận tốc (m/s); khối lượng riêng (kg/m 3); độ nhớt (Ns/m2) khơng khí sấy vị trí tương ứng L: chiều dài ống dẫn (m) Dtđ: đường kính tương đương đường ống (m) Ống trịn: Dtd = Dống 55 Ống hình chữ nhật: Với a,b: chiều dài cạnh tiết diện chữ nhật ống (m) Π: chu vi tiết diện (m) λ: hệ số trở lực ma sát ống Bảng 5.7 Kết tính trở lực ma sát đường ống STT Đoạn ống L (m) Dtđ (m) Re λ ∆Pms (N/m2) Dẫn vào quạt đẩy 0,25 0,16 209847,81 0,0159 Từ sau quạt đẩy đến trước caloriphe 0,5 0,16 209847,81 0,0159 12,450 Từ sau caloriphe đến trước thùng sấy 1,75 0,16 180475,53 0,0162 53.590 Từ sau thùng sấy đến quạt hút 0,5 0,16 203193,15 0,0160 13,082 Từ sau quạt hút đến xyclon 0,25 0,16 203193,15 0,0160 Σ∆Pms 6,225 6,541 91,888 b)Trở lực cục đường ống Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột mở ống dẫn: Trong đó: ξ – hệ số trở lực cục Hệ số trở lực đột mở Vị trí có trở lực đột mở từ đường ống đến vào quạt hút Ống nhỏ: Dtđ1 = 0,16m Tiết diện ống nhỏ: A1 = 0,0201m2 Ống lớn: Dtđ2 = 0,312m Tiết diện ống lớn: A2 = 0,0765m2 56 Ta có: Trở lực cục đột thu ống dẫn A1,A2: tiết diện ống nhỏ, ống lớn vk: vận tốc trung bình ống có tiết diện nhỏ ξ – hệ số trở lực cục (Bảng No11/387,[4]) S T Vị trí trở lực T Ống nhỏ Dtd1 (m) Ống lớn ξ vk 0,5809 0,1772 20,64 44,395 0,0201 0,3905 0,3733 52,84 612,964 0,21 0,0346 0,5809 0,1772 21,56 46,456 0,16 0,0201 0,3184 0,4742 68,16 1242,510 A1 (m ) Dtd2 (m) A2 (m2) Từ cửa quạt đẩy đến 0,16 đường ống 0,0201 0,21 0,0346 Từ đường ống nối cửa vào caloriphe 0,1 0,00785 0,16 Từ cửa quạt hút nối 0,16 với đường ống 0,0201 Từ đường ống nối với 0,09 thân xyclon 0,0064 Σ∆Pđt (N/m2) 1946,324 Bảng 5.8 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột thu Trở lực cục khúc co 900 ( có khúc co) Đối với ống tiết diện trịn: 57 Trên hệ thống có lần uốn cong 900 ống tròn sau caloriphe, trước thùng sấy, sau thùng sấy trước quạt hút Hệ số tổn thất cột áp cục chỗ uốn cong 900 ống tiết diện tròn: Chọn d/R = ⇒ ξ = 0,29 Đối với ống tiết diện vuông: Vị trí uốn trước xyclon Hệ số tổn thất cục chỗ uốn cong ống hình chữ nhật: ξ = A.B.C Với: A = (Bảng No24/393,[4]) Chọn R/Dtđ = ⇒ B = 0,09 (Bảng No25/393,[4]) Ta có: a/b = 0.13/0.169 = 0,769 ⇒ C = 1,2079 ⇒ ξ = 1.0,09.1,2079 = 0,109 ⇒ ΣPco = 327,53 + 28,58 = 357,11 (N/m2) Khi ta tính trở lực cục đường ống: Tổn thất cột áp qua thiết bị hệ thống c)Tính trở lực cho hệ thống: Tổn thất cột áp động cửa quạt: 58 (Bảng No26/393,[4]) Cột áp toàn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thủy lực hệ thống (cột áp tinh toán) Tổn thất cột áp toàn phần, điều kiện làm việc: Với: t: nhiệt độ làm việc khí, oC B: áp suất chỗ đặt quạt B=760mmHg ρk: Khối lượng riêng khí đặt điều kiện làm việc ρk = 1,032 kg/m3 ρ: Khối lượng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn ρ = 1,293 kg/m3 Bảng 5.9 Tổn thất cột áp mà quạt phải khắc phục Quạt đẩy Tổn thất ma sát Pms P1 + Công thức Giá trị (N/m2) Tổn thất cục Pcb Ptb 72,265 Pđt1 + Pđt2 + Pco(1,2) + Pcv Công thức Giá trị (N/m2) Tổn thất cột áp tĩnh P3 P2 + 832,83 Pms + Quạt hút P4 + 19,623 Pđm + Pđt3 + Pđt4 + Pco(3,4) 72,742 Gổm Pcb + ∆Pcaloriphe+ Phạt Giá trị (N/m2) 87597,21 705,624 Pms + Pcb + Pxyclon Tổn thất cột áp động Pđ (N/m2) 84,404 88,407 Tổn thất cốt áp tính tốn Ptt (N/m2) 11211,135 874,392 Tổn thất cơt áp tồn phần P (N/m2) 9167,983 745,528 59 P5 5.3.2.Tính cơng suất động quay quạt Công suất trục động điện vận chuyển khơng khí nhiệt độ cao: V: suất quạt, lấy lưu lượng khơng khí hệ thống điều kiện làm việc ηq: hiệu suất quạt lấy theo đặc tuyến = 0,5 (Hình II.56a/488, [4]) ηtr: hiệu suất truyền động, nối quạt trục động khớp trục ηtr = 0,98 Quạt đẩy: Quạt hút: Công suất động điện: Nđc = k3.N (kW) (CT II.240/464 [4]) Quạt đẩy: N > 5kW nên hệ số dự trữ: k3 = 1,1 ⇒ Nđc = 1,1.7,547 = 8,302 kW Quạt hút: 0,51 < N < 1,0 nên k3 = 1,3 ⇒ Nđc = 1,3.0,744 = 0,9672 kW Chọn động có cơng suất Nđm =10 kW 60 (Bảng II.48/464 [4]) 61