(TIỂU LUẬN) 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 MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: 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 MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TÍNH TO THIẾT HỆ THỐ SẤY PH DỊCH S DỪA V NĂNG S 4M3/24H 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 /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 năm 20 Người hướng dẫn PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP HCM, ngày tháng năm 20 Người hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i Danh sách hình ii Danh sách bảng ii MỞ ĐẦU iv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học phương pháp sấy phun dịch sữa dừa 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.1.1 Vật liệu ẩm .1 1.1.1.2 Tác nhân sấy 1.1.2 Quá trình sấy 1.1.2.1 Định nghĩa trình sấy 1.1.2.2 Động lực trình sấy 1.1.2.3 Động học trình sấy 1.1.3 Quá trình sấy phun .6 1.2 Tình hình nghiên cứu nước sấy phun dịch sữa dừa .7 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước sấy phun dịch sữa dừa 1.4 Nguyên liệu công nghệ sản xuất bột sữa dừa 1.4.1 Cơm dừa 1.4.2 Nước 11 1.4.3 Chất nhũ hoá 11 1.5 Công nghệ sấy phun dịch sữa dừa 12 1.6 Thiết bị sấy phun dịch sữa dừa 13 1.6.1 Nguyên lý hoạt động 13 1.6.2 Cấu tạo 14 1.6.2.1 Calorife 14 1.6.2.2 Cơ cấu phun 15 1.6.2.3 Buồng sấy 18 1.6.2.4 Cyclone thu hồi bột 20 1.6.2.5 Quạt 20 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 22 2.1 Quy hoạch mặt xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun dịch sữa dừa 22 2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế nhà xưởng thực phẩm 22 2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống thơng gió, chiếu sáng nhà xưởng phương án bảo quản 23 2.1.3 Những yêu cầu bố trí tổng mặt nhà máy 24 2.1.4 Chọn địa điểm xây dựng phân xưởng 24 2.2 Đối tượng nghiên cứu tính tốn 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH SỮA DỪA VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Kết 28 3.1.1 Các thơng số ban đầu cần thiết cho tính toán 28 3.1.2 Tính cân vật chất 32 3.1.3 Tính cân lượng 33 3.1.4 Tính tốn thời gian sấy 41 3.1.5 Tính tốn kích thước tháp sấy 43 3.1.6 Tính tốn thiết bị phụ 45 3.1.6.1 Tính tốn chọn cyclone 45 3.1.6.2 Tính tốn chọn bơm 47 3.1.6.3 Tính tốn phận tạo sương 49 3.1.6.4 Tính tốn quạt hút 50 3.1.6.5 Tính tốn calorife 56 3.2 Thảo luận 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án mơn học Q trình thiết bị Công 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 môn 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, tơi chọn nghiên cứu, tính tốn thiết bị sấy phun, công nghệ tiên tiến ứng dụng rộng rãi thực tế Để hồn thành đồ án khơng thể khơng 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 khơng tránh khỏi sai sót làm Tơi mong đóng góp, nhận xét bổ sung để hoàn thiện đồ án này! Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô! Sinh viên thực Trần Minh Tiến i Danh sách hình Hình Đường cong sấy W = f(τ) Hình Đường cong tốc độ sấy u = f(W) Hình Cây dừa Hình Quả dừa Hình Sơ đồ bố trí số buồng sấy hệ thống sấy phun 13 Hình Sơ đồ hệ thống sấy phun 14 Hình Điện trở cánh tản nhiệt 15 Hình Vịi phun áp lực 16 Hình Các loại vòi phun ly tâm 17 Hình 10 Vịi phun khí nén 18 Hình 11 Hướng chuyển động dòng nguyên liệu tác nhân sấy buồng sấy .19 Hình 12 Cyclon thu hồi bột sản phẩm từ khí 20 Hình 13 Cấu tạo quạt ly tâm điển hình 21 Hình 14 Bố trí hệ thống chiếu sáng bên nhà xưởng 24 Hình 15 Mơ hình bố trí phân xưởng 25 Hình 16 Tổng thể khu chế xuất Linh Trung 25 Hình 17 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 26 Hình 18 Sơ đồ cân vật chất cho thiết bị sấy 32 Hình 19 Sơ đồ cân lượng cho thiết bị 34 Hình 20 Máy bơm nhu động 48 Hình 21 Đầu phun động Spindle 49 Hình 22 Quạt ly tâm 56 Danh sách bảng Bảng Thành phần dinh dưỡng cơm dừa 10 Bảng So sánh tiêu hao lượng ba cấu phun 18 Bảng Thành phần dịch sữa dừa ban đầu 28 Bảng Thành phần dịch sữa dừa sau cô đặc đến 40% 29 ii Bảng Thành phần dịch sữa dừa sau phối trộn maltodextrin 30 Bảng Thành phần bột sữa dừa sau sấy 36 Bảng Thông số kỹ thuật động spindle 49 iii (3.81) (3.80) Trang 62 Trang 63 Vậy: 145,2 ∆ PB−O= 0,8345 0,1=89,67 N /m 2.9,81 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 (ΔP ms) 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 Với: ΔPms (3.83) =∑ (3.84) ΔPcb= ∑ Trong đó: : 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); : 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: Trang 64 Ta có: Ta thấy: Tra bảng II.13 trang 379, Sổ tay QTTB tập ta có: λ1 = 0,0197 W/(m.K) Nên: Với: sấy, Suy ra: 4.0,0197 ∆ Pms 1= 0,12 0,986 129,452 =6509,94(N /m2) + Xét đoạn ống từ cyclone quạt Tổng chiều dài đoạn ống từ ngõ cyclone đến quạt là: 1,0 m với đường kính Ф = 0,1 (m) Wk6 = Wk5 = 129,45 m/s Ta có: W k6 ℜ=¿ ℜn=220 ( Trang 65 Ta thấy: Re > Ren Tra bảng II.13 trang 379, Sổ tay QTTB tập ta có: λ1 = 0,0197 W/(m.K) Trang 66 Nên: ∆P =¿ ms ∑ Khơng khí khỏi buồng sấy (80 oC) 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: ∆ Pms 2= Xác định ΔPcb Đường ống bố trí góc cua 90 ¿ 3.0,986 Suy ra, trở lực đường ống: = 6509,94 + 1804,10 + 43099,78 = 51413,82 N/m2 Trở lực cyclone ∆PX=¿ Với: hệ số trở lực cyclone, = ρhh khối lượng riêng hỗn hợp không khí bụi, kg/m 3, nhiệt độ khơng khí 800C Nên: ∆ PX=105 ∆ P=∆ P1 +∆ Pk +∆ PN− B +∆ PB +∆ PB −O +∆ PX +∆PO = 300 + 19353,18 + 881,48 + 0,03 + 89,67 + 51413,82 + 298,17 Trang 67 =  72336,35 N/m2 Công suất quạt Công suất quạt xác định công thức: Ndc =¿ β Trong đó: β Hệ số an tồn (β = 1,1 q 1,2) chọnβ = 1,2 Hiệu suất chung quạt, ηq = 0,5 ÷ 0,9 chọn ηq = 0,7 Vkr lưu lượng thể tích (m3/h) Nên: N dc=1,2 72336,35 5423,04 1000.0,7 3600 =186,8 kW Hình 22 Quạt ly tâm 3.1.6.5 Tính tốn calorife Lượng nhiệt u cầu cho q trình sấy nóng khơng khí: Q=V ρ C p (t1−t0) (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 27oC, ρ30 = 1,177 kg/m3 Cp: Tỉ nhiệt không khí nhiệt độ 27oC, lấy 0,24 kcal/kgoC; Trang 68 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: N=Q 4,186 = 125681,59.4,186 =146,14 kW 3600 3600 Chọn công suất điện 150 kW Để gia nhiệt lên 100 – 200oC cần thời gian lưu tối thiểu 0,3s Thể tích calorife: V c=V t=¿ 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 cơng 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 69 KẾT LUẬN Qua việc thực đồ án môn 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 hoá điều khiển lập trình PLC Về nhược điểm - Tốn chi phí lượng lớn cho 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, cơng 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 hoàn 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 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] trang Trần Văn Phú 2002 Tính tốn thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục 360 [2] Hoàng Văn Chước 1999 Giáo trình Kỹ thuật sấy NXB Khoa học Kỹ thuật 283 trang [3] Nguyễn Văn May.2004 Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm NXB Khoa học Kỹ thuật 234 trang [4] Trần Văn Phú 2008 Kỹ thuật sấy NXB Giáo dục 267 trang [5] Vũ Bá Minh, Võ Văn Ban 2004 Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hố học Thực phẩm - Tập 3: Truyền khối NXB Đại học Quốc gia TP HCM 388 trang [6] C Anandharamakrishnan, Padma Ishwarya S 2015 Spray Drying Techniques for Food Ingredient Encapsulation Wiley-Blackwell publishing 321 pages [7] Brian E Grimwood, F Ashman 1976 Coconut Palm Products : Their Processing In Developing Countries Food & Agriculture Org 284 pages [8] B Bhandari, N Bansal, M Zhang, P Schuck 2013 Handbook of Food Powers Woodhead Publishing 688 pages [9] 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 Q 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 Trang 71 [15] Nguyễn Bin 2004 Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập NXB Khoa học Kỹ thuật 234 trang [16] Phạm Văn Bơn, 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 Khn, Hồ Lê Viên 2006 Sổ tay Q trình thiết bị Cơng nghệ hoá chất – Tập NXB Khoa học Kỹ thuật 632 trang [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 72 ... liệu dịch sữa dừa Tính tốn cân vật chất, cân lượng 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... 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 ngun liệu dịch. .. cứu: Thiết bị sấy phun dịch sữa dừa suất 4m3/ 24h iv 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,