(TIỂU LUẬN) đồ án các QUÁ TRÌNH THIẾT bị TRONG CNTP TÍNH TOÁN, THIẾT kế hệ THỐNG sấy PHUN DỊCH sữa với NĂNG SUẤT 3m3 24h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN CÁC Q TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CNTP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA VỚI NĂNG SUẤT 3m3/24h GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: ĐẶNG THỊ THU TRANG MSSV: 14116166 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 12/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KHOA: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: ĐẶNG THỊ THU TRANG Tên đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m3 /24h Nhiệm vụ đồ án (yêu vầu nội dung số liệu ban đầu)  Số liệu ban đầu: Năng suất m3/24h  Nội dung: - Tổng quan sấy phun - Tổng quan sữa - Tính cân vật chất lượng - Tính tốn hệ thống thiết bị - Thiết kế hệ thống - Bản vẽ chi tiết thiết bị giấy A3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2017 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 15/12/2017 TỔ TRƯỞNG BỘ MƠN Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017 (ký ghi rõ họ tên) GIÁO VIỆN HƯỚNG DẪN (ký ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt:…………………………………… Đơn vị:………………………………………… Ngày bảo vệ:…………………………………… Điểm tổng kết:………………………………… Nơi lưu trữ:…………………………………… LỜI CẢM ƠN Sau tháng nổ lực thực đồ án: “Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m3/24h” Ngoài cố gắng học hỏi, nghiên cứu thân em nhận nhiều giúp đỡ từ bạn bè đặc biệt giúp đỡ thầy hướng dẫn thầy cô môn Em xin chân thành cám ơn giúp đỡ anh chị trước hỗ trợ em trình thực đồ án Đưới đồng ý dẫn tận tình thầy Nguyễn Tấn Dũng, đồ án: “Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m /24h” hoàn thành với nội dung gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp nghiên cứu tính tốn Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m3 /24h Mặc dù em có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án với thời gian, khả hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý thầy cô bạn Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất người giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Các khái niệm trình sấy 1.1.1 Vật liệu ẩm 1.1.2 Tác nhân sấy 1.1.3 Động lực trình sấy 1.1.4 Động học trình sấy 1.2 Tình hình nghiên cứu nước sấy phun .8 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước sấy phun 1.4 Nguyên liệu 1.5 Công nghệ sấy phun .13 1.6 Thiết bị sấy phun .14 1.6.1 Nguyên tắc 14 1.6.2 Cấu tạo 15 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 23 2.1 Quy hoạch mặt xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun dịch sữa suất 3m3/24h 23 2.1.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà xưởng 23 2.1.2 Địa điểm xây dựng phân xưởng 24 2.1.3 Những yêu cầu bố trí mặt nhà xưởng 26 2.1.4 Nguyên tắc bố trí thiết bị 26 2.2 Đối tượng nghiên cứu tính tốn 26 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu: Máy sấy phun dịch sữa với suất 3m3/24h .26 2.2.2 Tính tốn 26 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 27 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA 3M3/24H .27 3.1 Tính tốn 27 3.1.1 Các thông số ban đầu 27 3.1.2 Tính cân vật chất .32 3.1.3 Tính cân lượng 33 3.1.4 Tính tốn thời gian sấy 39 3.1.5 Tính tốn hệ thống thiết bị 41 3.1.6 Tính tốn thiết bị phụ 43 3.2 Kết tính tốn 53 KẾT LUẬN .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Hàm lượng chất sữa bò (%) khối lượng Bảng 2: Tỉ lệ casein protein hòa tan (%) sữa .10 Bảng 3: lượng tiêu hao loại cấu phun 18 Bảng 4: Giá điện khu công nghiệp Long Thành – Đồng Nai .25 Bảng 5: Thành phần sữa ban đầu 28 Bảng 6: Thành phần sữa sau cô đặc đến 30% .28 Bảng 7: Thành phần nguyên liệu sau phối trộn maltodextrin 29 Bảng 8: thơng số tính tốn ban đầu .32 Bảng 9: Thành phần sản phẩm sau sấy 34 Bảng 10: kích thước xyclon 43 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Đường cong sấy .7 Hình 2: Đường cong tốc độ sấy Hình 3: Hệ thống thiết bị sấy phun 16 Hình 4: Vịi phun áp lực 17 Hình 5: Vịi phun khí động 18 Hình 6: Vịi phun đĩa ly tâm 18 Hình 7: Sự chuyển động dòng nguyên liệu tác nhân sấy buồng sấy .20 Hình 8: hệ thống thu hồi sản phẩm 21 Hình 9: Điện trở chữ U 22 Hình10: Cấu tạo quạt 23 Hình 11: Sơ đồ tính toán thiết bị .27 Hình12: Sơ đồ cân vật chất cho thiết bị sấy 32 LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần đây, hịa nhịp với phát triển đất nước với tiến khoa học kỹ thuật, ngành cơng nghiệp nước ta có chuyển biến rõ rệt đặc biệt ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Đời sống người ngày nâng cao địi hỏi sản phẩm thực phẩm phải ngày phong phú đa dạng để đáp ứng tốt nhu cầu người Tuy nhiên, thực phẩm thực phẩm dạng lỏng sữa, nước ép trái cây, cà phê việc đa dạng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến tính chất dễ bị hư hỏng tác động vi sinh vật, môi trường xung quanh kéo theo thời gian bảo quản sử dụng hạn hẹp Vì lí mà cơng nghiệp có nhiều đổi thành cơng việc chế biến thực phẩm dạng lỏng, trội hết công nghệ sấy: thăng hoa, sấy phun, tầng sôi,… nhằm tách nước khỏi sản phẩm để kéo dài thời gina bảo quản mà không làm ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm Trong sản phẩm dạng lỏng sữa giữ vai trò quan trọng chiếm số lượng lớn Việc chế biến sản xuất sữa bột có nhiều ý nghĩa quan trọng, ưu điểm lớn tăng thời gian bảo quản sữa giảm chi phí vận chuyển có ý nghĩa quan trọng kinh tế Có nhiều phương pháp để sản xuất sữa bột phương pháp sản xuất cho loại sản phẩm có chất lượng khác nhau, phổ biến phương pháp sấy phun Do đó, em chọn đề tài: “ Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m3/24h” Chiều cao phần bên ống tâm h4 0.3D 0.15 Chiều cao chung Hx 4.56D 2.28 Đường kính ngồi ống d1 0.6D 0.3 Đường kính cửa tháo bụi d2 (0.3 – 0.4)D 0.2 10 Chiều rộng cửa vào b1/b 0.26D/0.2D 0.13/0.1 11 Chiều dài ống cửa vào l 0.6D 0.3 12 Khoảng cách từ tận xyclon h5 (0.24 – 0.32)D 0.14 – 15 – 105 đến mặt bích 13 Góc nghiêng nắp ống vào 14 Hệ số trở lực xyclon ξ  Tính chọn bơm Sử dụng bơm nhu động để hút dịch thể , p1 = p2 Lưu lượng thực tế dịch sữa G1 = m 3/h H= (3 – 32) Trong đó: H: áp suất tồn phần bơm tạo (m) p1, p2: áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy hút (N/m2) : khối lượng riêng dung dịch sữa kg/m3 Ho: chiều cao nâng chất lỏng, Ho = 4m hm : áp suất têu tốn trở lực đường ống, hm = 3%H Từ đó: 46 H = Ho + hm = + 0.03H  H = 4.123 m Công suất bơm là: N= (3 – 33 ) Trong : Q : Năng suất bơm , Q = 0.125 m3/h : khối lượng riêng dung dịch, g : gia tốc trọng trường : hiệu suất hữu ích, Chọn  Do : N= Để bơm làm việc hiệu chọn cơng suất thực tế Ntt =  Ntt = (3 – 34 ) = 1.82 = 3.64 (W)  Cơ cấu phun Chọn cấu phun dạng đĩa ly tâm, chuyển động nhờ điện Chất lỏng rãnh đĩa văng thành hạt sương nhờ lực ly tâm Chọn bán kính đĩa, R = 0.025m 47 Số vịng quay, n = 10000 vòng/phút Vận tốc đĩa quay: V =  Tính tốn quạt hút - Xác định cột áp tồn phần (3 – 35) Trong đó: trở lực màng lọc bụi trước calorifer màng lọc trước quạt hút, : trở lực từ calorifer đến buồng sấy : trở lực buồng sấy : trở lực xyclon : trở lực đường ống nối  Trở lực từ calorifer đến buồng sấy Chọn ống dẫn khí từ calorifer đến buồng sấy làm inox 304 có hệ số độ nhám = 0.1 mm có đường kính = 0.1 m l: chiều dài ống dẫn , l = 0.8m Ống dẫn từ calorifer đến buồng sấy có góc cua 90o , ξ1 = ξ = Vận tốc dịng khí thổi ống: 48 Trong đó: khối lượng riêng khơng khí 180oC Xác định độ nhớt khơng khí 180oC Trong : Ta có: Vì nên tính sau: (3 – 40 ) Trở lực từ calorifer đến buồng sấy là:  Trở lực từ nắp đến buồng sấy Chỉ xét tổn thất cục đột ngột mở từ đường kính = 100 (mm) ống dẫn khí nóng buồng sấy có đường kính D = 1000 (mm) 49 (3 – 41) Với A 1, A tiết diện ống dẫn tiết diện buồng sấy (mm 2) Trở lực nắp buồng sấy tính sau: Vận tốc dịng khí thổi ống: Trong đó: khối lượng riêng khơng khí 180oC  Trở lực buồng sấy Trong đó: = HTB chiều cao buồng sấy = 2.3 m = D đường kính buồng sấy = 1m vận tốc khí buồng sấy , khối lượng riêng hỗn hợp khí sau khỏi buồng sấy 50 Xác định Trong đó: ρ khối lượng riêng độ nhớt động học khơng khí nhiệt độ 3), khơng khí vào 130o C, tra bảng thơng số khơng khí ta được: ρ = 0,876 (kg/m (m2/s) ta được: = 26.63 Ta có: Do đó:  Trở lực từ buồng sấy đến đường ống Trong đó: vận tốc dịng khí chạy từ buồng sấy đến đường ống, = 51 Do đó:  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: (3 – 48) Với: Trong đó: hệ số ma sát dịng khí đường ống (m) chiều dài đường ống (m) đường kính đường ống (m) hệ số trở lực cục vận tốc dịng khí ống (m/s) khối lượng riêng khơng khí 52 Tính Chọn ống dẫn khí từ calorifer đến buồng sấy làm inox 304 có hệ số độ nhám = 0.1 mm  Xét đoạn ống từ buồng sấy cyclon Tổng chiều dài từ buồng sấy đến cyclon 1.8m, có đường kính = 0.1m Lưu lượng dịng khí là: Độ nhớt khơng khí 80oC Vận tốc dịng khí chảy ống trịn là: Ta có: Vì nên tính sau: 53 Do đó: khối lượng riêng hỗn hợp khí sau khỏi buồng sấy  Xét đoạn ống từ cyclon quạt Đoạn ống từ cyclon quạt có chiều dài 0.8 m, với đường kính = 0.1 m Khơng khí khỏi buồng sấy (800C) trao đổi nhiệt với đoạn ống cyclone nhiệt độ khơng khí giảm xuống khoảng 45-60 0C Giả sử nhiệt độ khơng khí khỏi cyclone 500C ta có thơng số: = -6 (kg/m3), vc = 17.55 10 khối lượng riêng khơng khí sau khỏi cyclone (ở 46oC) Ta có: Vì nên tra bảng II.13 (ST QTTB 1) ta có 54 Do đó: Tính Như trở lực đường ống:  Tổn thất áp suất cyclon Tổng cột áp tồn phần: Cơng suất quạt hệ số an tồn, chọn 55 lưu lượng thể tích, = (m3/h)  Tính tốn calorifer Để gia nhiệt lên 150 – 200oC cần thời gian lưu tối thiểu tL = 0.3s - Thể tích calorifer là: Trong V k lưu lượng thể tích khơng khí vào calorife, V k = V kr = Chọn chiều cao Hcf = 0.8 m, đường kính Dcf =0.6 m - Lượng nhiệt yêu cầu cho q trình sấy nóng khơng khí Trong : : lưu lượng thể tích khơng khí vào calorifer, : khối lượng riêng khơng khí 27oC, 1.177 (kg/m3) : nhiệt dung riêng khơng khí 27oC, (kJ/kg) Do : Tổng cơng suất điện cần cung cấp cho calorifer : Để dễ dàng điều chỉnh ta chọn công suất điện 90KW 56 Chọn đốt loại ống chữ U có có cơng suất 30KW Dài : 0.7m Đường kính trục : 0.1m Đường kính trục ngồi : 0.2m 3.2 Kết tính tốn 3.2.1 Buồng sấy - Thiết bị : H = H + H = 1.5 + 0.8 = 2.3 m - Thân tháp: D = 1m, HT = 1.5 m - Đỉnh tháp: chọn Dđ = m, chiều cao đỉnh tháp Hđ = 0.1m - Đáy tháp: đường kính d1 = 1m, d2 = 0.1m, chiều cao đáy Hn = 0.8m (chọn góc TB nghiêng T n = 60o 3.2.2 Cơ cấu phun Chọn cấu phun ly tâm với thông số sau : - Chọn bán kính đĩa, R = 0.025m - Số vịng quay, n = 10000 vòng/phút - Vận tốc đĩa quay: V = 3.2.3 Xyclon - Chọn loại xyclon LIH-15 với hệ số ξ = 105 - Đường kính D = 0.5m - Chiều cao phần hình trụ : 1.13m - Chiều cao phần nón : 1m - Chiều cao ống tâm : 0.87m - Đường kính cửa tháo bụi : 0.2m 3.2.4 Calorifer - Chiều cao Hcf = 0.8 m - Đường kính Dcf =0.6 m - Thơng số đốt: 57  Dài : 0.7m  Đường kính trục : 0.1m  Đường kính trục ngồi : 0.2m KẾT LUẬN Sau thời gian tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy bạn bè giúp em hoàn thành nhiệm vụ đồ án giao Qua trình thực em rút số nhận xét sau: Việc thiết kế tính toán hệ thống sấy phun việc làm phức tạp, địi hỏi phải tỉ mỉ, kiên trì lâu dài Yêu cầu người thiết phải có kiến thức trình sấy lĩnh vực khác loại thiết bị phụ, quy chuẩn vẽ kĩ thuật Trong q trình tính tốn phải tìm công thức phù hợp với yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc thiết bị đặc điểm vật liệu Thiết kế đồ án giúp em củng cố thêm kiến thức q trình sấy nói riêng trình khác nhằm nâng cao kĩ tra cứu tính tốn, xử lí số liệu Việc thiết kế đồ án học phần bổ ích, tạo hội cho sinh viên ngành học nói chung em nói riêng tiếp cận dần với thực tế Là bước đầu quan trọng để đạt đích đến kỹ sư công nghệ thực phẩm 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS Lê Văn Việt Mẫn (2011), Công nghệ chế biến thực phẩm NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 1017 trang [2] Võ Văn Bang (2004), Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 3: Truyền Khối, NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 388 trang [3] Hoàng Văn Chước (1999) Kỹ thuật sấy Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 284 trang [4] GS - TSKH Trần Văn Phú (2008) Kỹ thuật sấy Nhà xuất Giáo Dục, 270 trang [5] Nguyễn Văn May (2002) Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 237 trang [6] Lê Văn Việt Mẫn (2004) Giáo trình Cơng nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống pha chế - Tập Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa NXB Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 337 trang [7] TS Lâm Xn Thanh, Giáo trình cơng nghệ chế biến sữa sản phẩm từ sữa, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 204 trang [8] TS Lê Thị Liên Thanh (2002), Công nghệ chế biến sữa sản phẩm từ sữa, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 168 trang [9] GS TS Nguyễn Thị Hiền (2010), Công nghệ sản xuất chè cà phê ca cao, NXB Lao Động Hà Nội, 269 trang [10] Arun S Mujumdar (2006), Handbook of industry drying, Part II Description of Various Dryer Types, Industrial Spray Drying Systems, 1286 page 59 [11] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng 2005 Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, tra cứu số liệu thiết bị Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 634 trang [12] Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khng, TS Phạm Xn Toản 2005 Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 447 trang 60 ... đó, đồ án tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất 3m3/ 24 để nâng cao hiệu suất suất thu hồi sữa bột Mục tiêu đồ án Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống sấy phun dịch sữa với suất. .. quan sữa - Tính cân vật chất lượng - Tính tốn hệ thống thiết bị - Thiết kế hệ thống Giới hạn nghiên cứu đồ án - Thiết kế hệ thống sấy phun - Nguyên liệu: dịch sữa - Năng suất 3m3/ 24h - Thiết kế hệ. .. thước thiết bị Xác định vận tốc, thời gian sấy Tính cân lượng Tính tốn thiết bị phụ Hình 11: Sơ đồ tính tốn thiết bị CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA 3M3/ 24H 28 3.1 Tính