Đồ án tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối

Đồ án quá trình thiết bị " tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối

Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHUỐI BẰNG HẦM SẤY Sinh viên thực hiện: TRẦN THỊ THU HIỀN Bộ Môn: Công Nghệ Sinh Học Giáo viên hướng dẫn: KS Nguyễn Thị Xuân Mai Tháng năm 2012 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Dung MSSV: 108002516 Nguyễn Thị Hiền MSSV: 108002343 Trần Thu Thu Hiền MSSV: 108003357 Khóa: 2008 Khoa: CNSH-MT Ngành: Công Nghệ Sinh Học Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống sấy chuối Các số liệu liệu ban đầu:  Độ ẩm ban đầu 80%, độ ẩm sản phẩm khô 12%  Năng suất nhập liệu: 4tấn /20h  Khơng khí bên ngồi: 27oC độ ẩm 79%  Chế độ sấy: nhiệt độ tác nhân vào 80 oC, thời gian sấy  Nguồn cung cấp lƣợng: Hơi nƣớc bão hòa Nội dung thuyết minh tính tốn:  Tổng quan  Quy trình cơng nghệ  Tính tốn sơ  Thiết kế chế tạo hầm sấy  Tính thiết bị phụ Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ):  Bản vẽ quy trình cơng nghệ  Các vẽ chi tiết Họ tên giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Xuân Mai Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/3/2012 Ngày hồn thành đồ án: 18/5/2012 Biên Hịa, ngày 18 tháng năm 2012 Chủ nhiệm môn Giảng viên hƣớng dẫn Sinh viên hoàn thành đồ án nộp đồ án QT-TB ngày…….tháng……năm 2012 Cán phản biện GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án q trình thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần nông nghiệp nƣớc ta đạt đƣợc nhiều thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nƣớc ta bắt đầu xuất nông sản với chế phẩm Do việc ứng dụng cơng nghệ đóng vai trị quan trọng Trong đó, cơng nghệ sấy khâu quan trọng công nghệ sau thu hoạch, chế biến bảo quản nơng sản Sấy q trình cơng nghệ đƣợc sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Q trình sấy khơng chi q trình tách nƣớc nƣớc khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng nghệ Nó đòi hỏi sau sấy vật liệu phải đảm bảo chất lƣợng cao, tiêu tốn lƣợng chi phí vận hành thấp Để thực q trình sấy ngƣời ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị nhƣ thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ nhƣ hầm đốt, xyclon, v.v… Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực q trình sấy cụ thể hệ thống sấy Hầm sấy hệ thống sấy đối lƣu thông dụng Nếu hệ thống sấy hầm hệ thống sấy mẻ, suất khơng lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lƣu tự nhiên cƣỡng hệ thống sấy hầm có suất lớn hơn, sấy liên tục bán liên tục luôn hệ thống sấy đối lƣu cƣỡng Sấy nơng sản quy trình cơng nghệ phức tạp Nó thực thiết bị sấy khác Ứng với loại nông sản ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lƣợng sản phẩm sấy tốt tiết kiệm lƣợng Trong đồ án này, em đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm chuối chín Với nhiệm vụ đó, em lựa chọn cơng nghệ sấy hầm với tác nhân sấy khơng khí đƣợc gia nhiệt nhờ quạt thổi vào Hệ thống nàu đƣợc lắp đặt thành phố Biên Hịa với nhiệt độ khơng khí độ ẩm trung bình năm t = 27,3oC; φ = 79%[10] Đây lần thiết kế đồ án sấy nên trình thiết kế nhiều bất cập lý thuyết, kiến thức hạn chế, kính mong q thầy thơng cảm tận GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối tình giúp đỡ Nhân tiện em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Xuân Mai tận tình hƣớng dẫn chúng em hồn thành đồ án Biên Hòa, ngày 18 tháng năm 2012 Ngƣời thiết kế GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI 10 1.1 Các loại chuối Việt Nam 10 1.2 Đặc điểm chuối 10 1.3 Giá trị dinh dƣỡng chuối 11 1.4 Công dụng chuối .11 1.5 Tính chất vật lý chuối 12 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY CHUỐI 13 2.1 Bản chất trình sấy 13 2.2 Phân loại trình sấy 13 2.3 Nhân tố ảnh hƣởng đến trình sấy chuối 14 2.4 Công nghệ sấy chuối .15 2.4.1 Độ chuối nguyên liệu 15 2.4.2 Hỗ trở việc rửa bột chuối hoá chất 16 2.4.3 Hiệu diệt khuẩn tia cực tím .16 2.4.4 Xác định độ ẩm cân chuối sấy 16 2.4.5 Các tiêu chất lƣợng chuối sấy xuất 17 2.5 Công nghệ sấy chuối 17 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP, DẠNG VÀ CHẾ ĐỘ SẤY 20 3.1 Các yêu cầu đặt việc thiết kế 20 3.1.1 Lƣợng ẩm cần bay tính theo 20 3.1.2 Lựa chọn phƣơng pháp sấy 20 3.2 Chọn chế độ sấy 20 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối 3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống sấy 21 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG SẤY 22 4.1 Các thơng số khơng khí hệ thống sấy 22 4.1.1 Thông số khơng khí ngồi trời 22 4.1.2 Thơng số khơng khí sau thiết bị sấy 22 4.1.3 Thơng số khơng khí sau buồng hịa trộn 24 4.1.4 Thông số không khí sau Calorifer 25 4.2 Lƣu lƣợng khơng khí khơ lý thuyết 25 4.2.1 Lƣợng khơng khí khô lý thuyết lƣu chuyển thiết bị sấy 25 4.2.2 Lƣu lƣợng khơng khí khơ ngồi trời lý thuyết cấp vào thiết bị sấy 26 4.3 Các thông sô trạng thái tác nhân sấy 26 4.4 Xác định kích thƣớc thiết bị sấy .26 4.4.1 Kích thƣớc khay sấy 27 4.4.2 Kích thƣớc xe goòng 27 4.4.3 Kích thƣớc hầm sấy 28 4.5 Tổng tổn thất nhiệt hệ thống sấy 29 4.5.1 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang 29 3.5.2 Tổn thất nhiệt thiết bị truyền tải 29 4.5.3 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che 30 4.6 Tính tốn q trình sấy thực 34 4.6.1 Thơng số khơng khí sau thiết bị sấy 35 4.6.2 Thông số khơng khí sau buồng trộn 35 4.6.3 Thơng số khơng khí sau khỏi Calorifer 36 4.7 Lƣu lƣợng khơng khí khơ thực tế cần dùng 37 4.7.1 Lƣợng khơng khí khô thực tế lƣu chuyển thiết bị sấy 37 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối 4.7.2 Lƣợng khơng khí khơ ngồi trời thực tế cấp vào cần thiết .37 4.8 Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho tác nhân sấy từ Calorifer .38 CHƢƠNG TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ THIẾT KẾ CALORIFER CHỌN QUẠT 40 5.1 Tính tốn thiết kế calorifer 40 5.1.1 Các thông số yêu cầu để thiết kế calorifer 40 5.1.2 Tính tốn thiết kế calorifer: .40 5.2 Quạt .47 5.2.1 Tính trở lực: 47 5.2.2 Tính chọn quạt: .52 KẾT LUẬN .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Hình dạng chuối .10 Hình 2.1 Chuối sấy thành phẩm 19 Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống 21 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học chuối 11 Bảng 5.1 Cân nhiệt hệ thống sấy 39 GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU QUẢ CHUỐI 1.1 Các loại chuối Việt Nam Chuối có nhiều loại nhƣng có loại chính: - Chuối tiêu ( cịn gọi chuối già ) - Chuối goòng ( gọi chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) - Chuối bom H nh 1.1 Hình dạng chuối http://amthucbonmua.vn/nhung-thong-tin-thu-vi-vequa-chuoi-366.html 1.2 Đặc điểm chuối Chuối loại dài, vỏ nhẵn hầu nhƣ có quanh năm Chuối có nguồn gốc từ khu vực Malaysia Loại trái bắt đầu trở nên phổ biến giới từ kỉ 20 phát triển tốt nơi có khí hậu nhiệt đới Chúng đƣợc trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng ngành công nghiệp dệt chế tạo giấy Chúng ta thƣởng thức loại cách ăn trực tiếp chín, chế biến thành nhiều ăn hấp dẫn khác từ chuối, chẳng hạn nhƣ loại bãnh chuối, salad hoa quả, bánh nƣớng, tráng miệng, Chuối có nhiều màu sắc kích cỡ khác Khi chín, chuối có màu vàng, màu đỏ sẫm, màu tía (hay màu trứng quốc) Có tất 50 loại chuối khác giới Đặc điểm chung hình dạng chuối chuối đƣợc gắn kết với thành buồng, buồng đƣợc chia thành nhiều nải, nải có khoảng từ 10 đến 20 Chuối tốt GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang 10 Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối  Chọn cánh đƣợc làm từ đồng Cánh đƣợc làm đồng có hệ số dẫn nhiệt Đƣờng kính cánh Chiều dày cánh lấy Bƣớc cánh Nhiệt độ làm việc cho phép tối đa cánh đồng 250oC (phần 3, trang 36, [3]) Do cánh đƣợc làm từ đồng nên ứng suất cho phép ống đƣợc tính theo công thức sau: [ ] (công thức – 4, trang 13, [4]) [ ] (công thức – 3, trang 13, [4]) Hệ số an toàn là: ; ; ; (bảng 1-6, trang 15, [4]) Hệ số hiệu chỉnh kiểm tra độ bền là: [ ] [4]) Lấy (công thức – 9, trang 17, Giới hạn nóng chảy (bảng 2-17, trang 38, [4]) Vậy [ ] [ ] Hệ số mối hàn cánh ống là: φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [4])  Ta cần xác định diện tích bề mặt ngồi ống có cánh ̅̅̅ Với Do tỷ số : GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang 41 Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối Vì ta phải tính độ chênh nhiệt độ trung bình logarit nhƣ sau: ̅̅̅ Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngồi có cánh trở dẫn nhiệt vách ống ( đƣợc tính bỏ qua nhiệt là: Trong hệ số làm cánh, với cánh trịn đƣợc xác định qua biểu thức: hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu ngƣng với bề mặt ống đƣợc xác định qua biểu thức sau: ( ) Với nƣớc bảo hòa ngƣng nhiệt độ Ta có thơng số vật lý nƣớc ngƣng bão hòa nhƣ sau: , r = 225kJ/kg, Δ :Là độ chênh nhiệt độ ngƣng với nhiệt độ vách ống, lớn nên Δ nhỏ Ta giả thiết Δ (sau ta phải kiểm tra lại giả thiết này) Có: ( ) :Hệ số tỏa nhiệt khơng khí bên ngồi ống đƣợc tính qua biểu thức Với hệ số tỏa nhiệt khơng khí với cánh, đƣợc xác định qua biểu thức: ( GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai ) Trang 42 Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối  Do ống bố trí so le nên hệ số C lấy C=0,45  Tiêu chuẩn Reynoild đƣợc xác định qua: Tốc độ không khí khe hẹp cánh đƣợc xác định qua biểu thức: * + Tốc độ TNS (khơng khí) vào calorifer Thay vào ta xác định đƣợc: [ ] Với nhiệt độ trung bình khơng khí qua calorifer : ̅̅̅̅ Ta tra đƣợc thông số vật lý khơng khí nhƣ sau: λ ρ ν Do vậy: ν  : Là diện tích bề mặt ống trơn không cánh với chiều dài 0,6m: Số cánh chiều dài 0,6m ống đƣợc là: Diện tích phần ống trơn khơng phủ cánh là: GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang 43 Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối Diện tích cánh: ( ) ( ) Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ống với dịng khơng khí chuyển động cắt ngang qua là: Vì hệ số tỏa nhiệt khơng khí với cánh ( α là: ) Là hệ số hiệu làm cánh: Tỷ số: Hiệu suất cánh với: tích số √ đƣợc tra đồ thị theo α √ Tra ta đƣợc Do vậy: α α Ta kiểm tra lại giả thuyết coi ̅̅̅ phải thỏa mãn nên ta có: α (sai lệch so với không nhiều nên ta chấp nhận kết này) Hệ số trao đổi nhiệt với diện tích mặt ngồi có cánh nhiệt trở dẫn nhiệt vách ống ( GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai đƣợc tính bỏ qua là: Trang 44 Đồ án q trình thiết bị - Tính toán thiết kế hệ thống sấy chuối Khi kể tới bám bụi bẩn cánh nhƣ đóng cặn nƣớc bên ống ta có hệ số trao đổi nhiệt tính với hệ số bám bẩn là: Do diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ngồi cánh là: Diện tích trao đổi nhiệt bề mặt ống là: b) Tính thiết kế kích thước hình học Calorifer: Với chiều cao ống hay chiều dài ống chọn H = l = 0,6m ta có tổng số ống n là: Với số ống 227 ống đƣợc xếp thiết bị hình trụ trịn nên đƣợc xếp vỉ ống hình chữ nhật với chiều dài 16 ống chiều rộng 15 ống  Kích thƣớc hình học vỉ hình chử nhật Dài =D= 16.49=784 mm Rộng =R= 15.49=735 mm Thân thiết bị hình trịn có tâm nằm giao đƣờng chéo vỉ hình chử nhật nên tính đƣợc đƣờng kính hình trịn 1060mm  Tính chiều dài thân thiết bị: Dt = 1060 mm; Hống = 600 mm Ứng suất cho phép tiêu chuẩn thép CT3 có: [ ] (Hình 1-1, trang 15,[4]) Ứng suất cho phép là: [ ] [ ] (công thức – 9, trang 17, [4]) GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang 45 Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối [ ] Bề dày tối thiểu thân là: [ ] (công thức 5-3, trang 96, [4]) Chọn hệ số bổ sung để quy trịn kích thƣớc C0 = 0,8mm Tổng hệ số bổ sung với Cc = là: (công thức 1-10, trang 20, [4]) Bề dày thực thân thiết bị : Kiểm tra điều kiện: (công thức 5-12, trang 97, [4]) Kiểm tra áp suất cho phép thân thiết bị: [ ] [ ] (công thức 5-11, trang 97, [4]) Vậy bề dày thân 2mm Do thiết bị làm việc áp suất khí điều kiện làm việc bình thƣờng nên ta lấy bề dày thân, nắp và 2mm c) Tính tốn tổn thất áp suất (trở lực) dịng khơng khí(TNS) chuyển động cắt ngang qua Calorifer: Trở lực khơng khí bao gồm trở lực ma sát trở lực cục đƣợc tính gần theo quan hệ sau: Trong đó: Z: Số hàng ống,ở Z = 15 Tốc độ dịng khơng khí qua khe hẹp Calorifer, GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai 7m/s Trang 46 Đồ án trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối Khối lƣợng riêng khơng khí, Hệ số trở lực, với chùm ống sole đƣợc xác định gần qua biểu thức sau: ( ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ) Thay vào ta có: 5.2 Quạt Quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dịng khí qua thiết bị: calorifer, máy sấy, đƣờng ống, cyclon Năng lƣợng quạt tạo cung cấp cho dịng khí áp suật động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực đƣờng ống vận chuyển Năng suất quạt đƣợc đặc trƣng thể tích khí vào hay thiết bị sấy 5.2.1 Tính trở lực: 5.2.1.1 Trở lực từ miệng quạt đến calorifer Chọn ống nối từ quạt đến caloriphe có đƣờng kính 0,38 m, dài 2m -Vận tốc khí ống là: (kg/m3) tM = 38,70C Ta có F=  d2  3,14  0,38  0,1134 ( m2) L = 12937,78 (Kg/h) Vậy GVHD:Nguyễn Thị Xuân Mai Trang 47 Đồ án q trình thiết bị - Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chuối Chuẩn số Reynol : (cơng thức II.4, trang 359, [9]) = khơng khí ống theo chế độ chảy xoáy[9] -Chuyển động chảy xoáy chia làm khu vực: +Vùng 1: nhẵn thuỷ lực học; khu vực độ nhám không ảnh hƣởng đến hệ số ma sát ( ) ( ) (công thức II.60, trang 378, [9])  =10 4 : độ nhám tuyệt đối ống (bảng II.15, trang 381, [9]) +Khu vực 2: khu vực nhám; khu vực hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám mà không phụ thuộc vào chuẩn số Reynol: ( ) Vậy ( ) Regh10 :Vậy khơng khí chuyển động theo chế độ xốy Tỉ số F2 0,113   0,0565 Ft Tra [9] (trang 388), ta đƣợc:   0,045 Vậy trở lực đột thu calorifer là: P4       kk 2  22 ,88 (N/m2) 5.2.1.5 Trở lực đƣờng ống dẩn khơng khí từ caloriphe đến phịng sấy Chọn đƣờng ống dài 1,5(m) Đƣờng kính ống d = 0,38 (m) Tính tốn giống ống từ miệng quạt đến caloriphe ta đƣợc: Regh