Nội dung của đồ án Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệu/giờ gồm có chọn nhiệt độ sấy phù hợp có giải thích; tính cân bằng vật chất; tính cân bằng năng lượng; tính lượng tác nhân sấy cần thổi vào buồng sấy; kích thước thiết bị sấy; tính toán caloriphe; tính toán các thiết bị phụ khác.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY SẤY ĐẬU XANH 3 TẤN NGUN LIỆU/GIỜ GVHD: Tiền Tiến Nam SVTH: Nguyễn Phúc Khang MSSV: 2005191115 LỚP: 10DHTP9 Nguyễn Khánh Hịa MSSV: 2005191094 LỚP: 10DHTP1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 11/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY SẤY ĐẬU XANH 3 TẤN NGUN LIỆU/GIỜ GVHD: Tiền Tiến Nam SVTH: Nguyễn Phúc Khang MSSV: 2005191115 LỚP: 10DHTP9 Nguyễn Khánh Hịa MSSV: 2005191094 LỚP: 10DHTP1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 11/2021 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phúc Khang MSSV: 2005191115 LỚP: 10DHTP9 Nguyễn Khánh Hịa MSSV: 2005191094 LỚP: 10DHTP1 Ngành: Cơng nghệ thực phẩm I. Đầu đề đầu án (Tên đồ án) Tính tốn thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn ngun liệu/h II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung u cầu và số liệu ban đầu ): Địa điểm sấy: Bình Phước Độ ẩm ban đầu 22% Độ ẩm sau sấy 13% Tác nhân sấy là khơng khí (nguồn gia nhiệt củi, than, gas hoặc điện) Các thơng số khác tự tra cứu III. Nội dung các phần thuyết minh tính tốn: Tổng quan Chọn nhiệt độ sấy phù hợp có giải thích Tính cân bằng vật chất Tính cân bằng năng lượng Tính lượng tác nhân sấy cần thổi vào buồng sấy Kích thước thiết bị sấy Tính tốn caloriphe Tính tốn các thiết bị phụ khác Vẽ sơ đồ ngun lý Thuyết minh chi tiết sơ đồ ngun lý Vẽ sơ đồ thiết bị chính có chú thích trên bản vẽ IV.Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ): 1 bản vẽ A1 in sơ đồ ngun lý 1 bản vẽ A1 thiết bị chính V. Ngày giao đồ án: 18/10/2021 VI. Ngày hồn thành đồ án: 05/01/2022 VII. Ngày nộp đồ án: 05/01/2022 TP.HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2021 TỔ TRƯỞNG BỘ MƠN KTTP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn. Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………… Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ. Nhận xét: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm:……………………………… Chữ ký:……………………………… Điểm tổng kết:…………………………… TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CNTP – BƠ MƠN KỸ THUẬT THỰC PHẨM PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM Sinh viên thực hiện đồ án: Nguyễn Phúc Khang Ký tên:……………… Nguyễn Khánh Hịa Ký tên:……………… Cán Bộ hướng dẫn: Tiền Tiến Nam Tên đồ án: Tính tốn thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn ngun liệu/h Ngày Nội dung hướng dẫn 01 18/10/2021 Phân chia nhóm và giao đề tài đồ án 02 29/10/2021 Hướng dẫn sơ bộ về đồ án 03 05/11/2021 Hướng dẫn phần tổng quan và vẽ sơ đồ nguyên lý 04 12/11/2021 Chỉnh sửa bản vẽ sơ đồ nguyên lý 04 30/11/2021 Chỉnh sửa bản vẽ sơ đồ ngun lý 06 5/12/2021 Chỉnh sửa phần tính tốn thiết bị chính 07 10/12/2021 Chỉnh sửa phần tính tốn thiết bị chính 08 03/01/2022 Chỉnh sửa phần tính tốn thiết bị phụ và bản vẽ thiết bị chính STT CBHD ký tên 09 10 11 12 13 14 MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và sự kính trọng tới các Thầy và Cơ khoa Cơng nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM, Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Tiền Tiến Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt q trình thực hiện đồ án và giúp chúng em hồn thành đồ án đúng hạn Do kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi những thiếu sót trong bài báo cáo. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của q Thầy Cơ để báo cáo đồ án đạt được kết quả tốt hơn cũng như rút kinh nghiệm cho các đồ án sau này Cuối cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ dồi dào sức khỏe và thành cơng trong sự nghiệp của mình ạ Em xin chân thành cảm ơn! 10 49 Nhiệt độ của khói ra khỏi caloriphe 5.2.2. Hiệu số nhiệt độ trung bình 5.2.3. Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống Trong đó: : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu : hệ số xét đến trao đổi nhiệt bức xạ. Ta chọn Với nhiệt độ trung bình của khói là: ta tìm được: Giả sử vận tốc dịng khói là 2,5m (m/s) ở đường ống 0,4 (m) Vận tốc của khói thổi vào caloriphe Chuẩn số Reynolds Chuẩn số Nusselt Trong đó: Đối với khói, trị số tiêu chuẩn ít thay đổi nên Hệ số , phụ thuộc vào chiều dài ống, ta có . Vậy Vậy: 50 5.2.4. Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngồi của ống với khơng khí Nhiệt độ trung bình của khơng khí: từ đó ta tra bảng có các thơng số sau: Vận tốc của dịng khí trong ống dẫn trước khi vào caloriphe có đường kinh là 0,5m Vận tốc của dịng khí khi vào cửa của caloriphe đường kính 0,25m Chuẩn số Reynolds của dịng khơng khí Chuẩn số Nusselt của khơng khí Với Vậy 5.2.5. Hệ số truyền nhiệt K Số ống khói: 53,48 (ống) Chọn n =54 ống Chọn số ống trên một hàng là m, số hàng z=6, khi đó: Kích thước caloriphe: 51 Chiều rộng: a=z.s1=6.0,1+0,057= 0,657 (m) Chiều dài: b=m.s2 =9.0,1+0,057=0,957 (m) Chiều dài: l=1,2 (m) 5.3. Thiết kế bộ phận truyền động 5.3.1. Tính cơng suất quay thùng (CT VII.54/123[4]) Trong đó: n: số vịng quay của thùng: 1 vịng/phút a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,071 (bảng VII.5/123[4]) : khối lượng riêng xốp trung bình, = 750 kg/m3 Dt,Lt: đường kính và chiều dài của thùng Chọn động cơ A02718, có đặc tính sau: (bảng 2P/323 [7]) Cơng suất động cơ: Vận tốc quay: Hiệu suất: Cơng suất động cơ làm việc: Thỏa điều kiện cần thiết để quay thùng 5.3.2. Chọn tỷ số truyền động Tỷ số truyền chung của tồn bộ hệ thống: = 725 Do tỷ số truyền q lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng. Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng. Hệ thống truyền động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít ( giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánh răng hỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lướn (giảm cấp i12 ), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng quay bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23) 52 Hình: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng Chọn tỷ số truyền: i23 = 6 i12 = 4 i01 = Vận tốc quay: = (vịng/phút) Cơng suất để quay thùng: N’ = = = 13 (kW) Cơng suất ở các trục: Trong đó, theo bảng 2–1/27–[7] chọn hiệu suất các bộ truyền như sau: Bộ truyền bánh răng trụ hở: hở Bộ truyền bánh răng trụ kín: kín = 0,94 Hiệu suất của bộ truyền trục vít: Thơng số Trục Tỷ số truyền i = 0,96 tv = Động cơ 30,42 Trục I Trục II Trục III Vậntốc quay n (vịng/phút) 730 24 Cơng suất N (kW) 13 12,87 12,36 11,62 Bảng: 2 Sơ đồ chuyển động 53 5.3.3. Tính bộ truyền bánh răng Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắn vào thùng. Đây là cơ chế tuyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngồi Chọn vật liệu làm bánh răng: Bánh răng lớn: (bảng38/40[7]) + vật liệu: thép 45 cường hóa + độ rắn: Bánh răng nhỏ: + Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, bánh răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên mịn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn. Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ có độ rắn mặt răng lớn hơn + Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép C45 thường hóa có các thơng số cơ tính: Độ rắn: Giới hạn bền: σB = 580 N/mm2 Giới hạn chảy: σc = 290 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép: Trong đó: –1 (N/mm2): giới hạn mỏi uốn n: Hệ số an tồn. Chọn n = 1,5 : Hệ số tập trung ứng suất ở chân. Chọn Suy ra: (N/mm2) Xác định khoảng cách trục A, số răng và chiều rộng của bánh răng 54 Chọn modun theo tiêu chuẩn (bảng 31/34): m = 20 mm Khoảng cách trục được xác định theo cơng thức sau: Chọn khoảng cách trục giữa 2 bánh răng A = 1500 mm Số răng bánh dẫn nhỏ Số răng bánh dẫn lớn: Chiều rộng bánh răng: Kiểm tra sức bền uống răng (CT 333/50[7]) Với: Hệ số dạng răng y được xác định theo bảng 318/52 bánh răng nhỏ: y= 0,499 bánh răng lớn: y= 0,517 Ứng suất tại chân bánh răng nhỏ: (N/mm2) Ứng suất tại chân bánh răng lớn: (N/mm2) Suy ra: , nên bánh răng thỏa điều kiện bền uốn của răng STT Thông số Ký hiệu Công thức Bánh răng Bánh răng tính dẫn (bánh bị dẫn răng nhỏ) ( bánh răng lớn) Modun m 20 Tỷ số truyền i 55 Số răng Z Đường kính vịng lăn D Đường kính vịng đỉnh Đường kính vịng đáy 60 240 D = Z.m 1200 4800 Dđ Dđ = D + 2m 1240 4840 Dc Dc = D 2,5m 1150 4750 Chiều cao chân răng hc hc = 1,25 m 25 Chiều cao đỉnh răng hđ hđ = m 20 Chiều cao răng h h = hđ + hc 45 10 Khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng A = 3000 Bảng: 13 Kích thước chủ yếu của cặp bánh răng 5.4. Chọn kích thước cánh đảo 5.4.1. Chọn kích thước cánh đảo đầu thùng Sử dụng cánh đảo dạng xoắn ở đầu thùng để dẫn vật liệu vào thùng với các thơng số sau: chiều dài 600m chiều dày: 5mm chiều rộng 300mm số cánh trên một mặt cắt: 10 cánh : đường kính thùng : bề mặt chứa vật liệu của cánh (m2) Ta lắp 1 đoạn cánh chiều dài 600 mm dọc theo chiều dài, vật liệu chế tạo cánh là 56 thép CT3 = 7850 kg/m3 Số cánh cần lắp là 10 cánh Khối lượng 1 cánh đảo trộn: m = = = 7850.0,703.0,005 = 27,6 (kg) 5.4.2. Chọn kích thước cánh đảo trong thùng Sử dụng cánh nâng có các thơng số đặc trưng như sau: (Bảng 6.1/177, [8]): Hệ số chứa đầy: = 25% Góc gấp của cánh: = 140 ; Với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu → h = DT.0,576 = 2,4.0,576 = 1,38 (m) : đường kính thùng : bề mặt chứa vật liệu của cánh (m2) Chọn: Chiều rộng cánh: b = 340mm Chiều cao cánh: d = 150 mm Chiều dài cánh: (mm) Chiều dày cánh: = 5mm Số cánh trên một mặt cắt: 10 cánh Với chiều dài thùng sấy ta lắp 9 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng, đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng Vật liệu chế tạo cánh là thép CT3, = 7850 kg/m3 57 Số cánh cần lắp: z = 10. = 10. = 81 cánh Khối lượng 1 cánh đảo trộn: m = = = 7850.0,703.0,005 = 27,6 (kg) Khối lượng của cánh trong thùng: M = z.m = 81.27,6 = 2235,6 (kg) 5.5. Tính vành đai Chọn sơ bộ bề rộng vành đai: B = 100mm Bề dày vành đai: đối với thùng tải trọng nặng chọn (mm) Chọn h = 40mm Vật liệu làm vành đai: chọn thép CT3, = 7850 Gân để lắp vành đai vào chân thùng: + Chiều cao: 90mm + Chiều rộng: 60mm Chân đế: + Chiều cao: 100 mm + Chiều dày: 35 mm + Chiều rộng: 20 mm + Bề dài: 240 mm Khoảng cách giữa gân và thân thùng để lắp chân đế: 50 mm Đường kính ngồi vành đai: Dđai = 2400 + 2.(60 + 90 + 50) = 2800 (mm) Khối lượng 2 vành đai: Mđai = 2 V = 2.7850 (.(2,82 – 2,442).0,1 = 274,24 (kg) 58 5.6. Tính Cyclon 5.6.1. Giới thiệu về cyclon Do u cầu về độ chính xác cũng như khí thải người ta dùng tác nhân khí nóng. Trong q trình sấy, khơng khí nóng chuyển động với vận tốc lớn nên một phần đậu xanh sẽ theo khơng khí ra ngồi. Để thu hồi khí thải và đậu xanh người ta đặt ở đường ống ra của khơng khí nóng một cyclon để tách nhiều hơn 5.6.2. Tính tốn Ở nhiệt độ 330C thể tích riêng của khơng khí là : = = = 0,87 (m3/kg) Lưu lượng khí vào cyclon chính là lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy: Vcyclon=V2= Gọi P là trở lực của cyclon thì: (trang 522[3]) = 1,149 là khối lượng riêng của khơng khí ở 330C Ta chọn ⇒ Tốc độ quy ước là Wq Wq = = = 4,967 (m/s) (CT III.48/522 – [3]) Với: là hệ số phụ thuộc vào kiểu cyclon chọn là 60 Đường kính của cyclon là D = = = 1,5 (m) (CT III.47[3]) Dựa vào đường kính D1 m. Ta chọn cyclon đơn loại LIH24 là dựa vào cyclon có năng suất cao với góc nghiêng 240 (trang 523 [3]) 59 Ký hiệu Tên kích thước kích Kết Cơng thức thước Chiều cao cửa vào (kích thước bên (m) a a=1,11D 1,11 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 h1=2,11D 2,11 Chiều cao phần hình trụ h2 h2=2,11D 2,11 Chiều cao phần hình nón h3 h3=1,75D 1,75 Chiều cao phần bên ngồi ống tâm h4 h4=0,4D 0,4 Chiều cao chung H H=4,26D 4,26 Đường kính ngồi của ống ra d1 d1=0,6D 0,6 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 d2=0,4D 0,4 Chiều rộng cửa vào b1/b b1/b=0,26D/0,2D 1,3 Chiều dài của ống của vào l l=0,6D 0,6 h5 h5=0,24D 0,24 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào α Α 240 Đường kính trong của cyclon D D=0,41 0,8 Hệ số trở lực của cyclon ξ ξ 60 trong) Khoảng cách từ tận cùng đến mặt bích Bảng: 14 Kích thước cơ bản của cyclon LIH24 60 quả KẾT LUẬN Với nhiệm vụ được giao sau q trình nghiên cứu tài liệu, học hỏi, cố gắng cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, em đã hồn thành đồ án kỹ thuật thực phẩm với đề tài: “Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đậu xanh kiểu thùng quay, năng suất 3 tấn/h”. Thiết bị sấy thùng quay đã thiết kế trên có thể làm việc với các thơng số kĩ thuật sau: Năng suất: 3000 kg/h Độ ẩm đầu: 20% Độ ẩm cuối: 13% Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị: 55˚C Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị: 33˚C Thiết bị chính: + Chiều dài: 12000 mm + Đường kính: 2400 mm + Tốc độ quay: 1,1 vịng/phút + Thời gian 1 mẻ sấy: 42,42 phút Thiết bị phụ: + Tác nhân sấy là khơng khí đi cùng chiều với vật liệu + Caloriphe sử dụng khí khói + Chọn cyclon + Chọn vành đai, bánh răng Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính tốn dựa vào nhiều các cơng thức thực nghiệm và tính tốn dựa trên lý thuyết được cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Việc sử dụng cơng thức và các số liệu như vậy khơng thể khơng tránh khỏi những sai số trong q trình thiết kế. Và trong hệ thống vẫn cịn một số nhược điểm như thiết bị cồng kềnh, chi phí đầu tư cao,… 61 Để có thể thiết kế được chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu. Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa trên nhiều tài liệu lý thuyết chứ khơng có kinh nghiệm thực tế nên cịn nhiều chỗ chưa hợp lý vì vậy em rất mong nhận được sự hướng dẫn và góp ý của các thầy cơ để hệ thống được hồn thiện hơn 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGSTSKH. Trần Văn Phú, Tính tốn và thiết kế hệ thống sấy (tái bản lần thứ nhất), nhà xuất bản Giáo dục, 2002 [2] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, nhà xuất bản Giáo dục, 2008 [3] Trần Xoa và các tác giả, Sổ tay q trình thiết bị trong cơng nghệ hóa chất, tập 1, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1999 [4] Trần Xoa và các tác giả, Sổ tay q trình thiết bị trong cơng nghệ hóa chất, tập 2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1999 [5] Hồ Lệ Viên, Thiết kế tính tốn các chi tiết thiết bị hóa chất, tập 1, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1978 [6] Phạm Thanh, Giáo trình lị cơng nghiệp, Trường đại hoc Bách Khoa Đà Nẵng, 2007 [7] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục, 2000 [8] Nguyễn Văn Lụa, Kĩ Thuật Sấy vật liệu, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM, 2001 63 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ? ?ÁN? ?KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG? ?QUAY SẤY ĐẬU? ?XANH? ?3? ?TẤN NGUN LIỆU/GIỜ GVHD: Tiền Tiến Nam... Ngành: Cơng nghệ? ?thực? ?phẩm I. Đầu đề đầu? ?án? ?(Tên? ?đồ? ?án) Tính? ?tốn? ?thiết? ?kế? ?thiết? ?bị? ?sấy? ?thùng? ?quay? ?sấy? ?đậu? ?xanh? ?3? ?tấn? ?ngun liệu/h II. Nhiệm vụ? ?đồ? ?án? ?( nội dung u cầu và số liệu ban đầu ): Địa điểm? ?sấy: Bình Phước... Sinh viên? ?thực? ?hiện? ?đồ? ?án: Nguyễn Phúc Khang Ký tên:……………… Nguyễn Khánh Hịa Ký tên:……………… Cán Bộ hướng dẫn: Tiền Tiến Nam Tên? ?đồ? ?án: Tính? ?tốn? ?thiết? ?kế? ?thiết? ?bị? ?sấy? ?thùng? ?quay? ?sấy? ?đậu? ?xanh? ?3? ?tấn? ?ngun liệu/h