Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC Đề tài Tính toán t[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆNCÔNGNGHỆSINHH ỌCVÀCÔNGNGHỆTHỰCP HẨM BỘMƠNQTRÌNH -THIẾTBỊCƠNGNGHỆSINH HỌC ĐỒÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ SINH HỌC Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy cafe với suất 1600kg/h Sinh viên thực : Nguyễn Thùy Trang MSSV : 20190394 Lớp : KTSH01-K64 Giảng viên hướng dẫn : TS Phạm Ngọc Hưng HÀNỘI2023 c MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm sấy 1.1.1 Giới thiệu cà phê 1.1.2 Quy trình sản xuất cà phê nhân 1.2 Giới thiệu chung phương pháp sấy 1.2.1 Khái niệm chung sấy 1.2.1.1 Khái niệm 1.2.1.2 Phân loại .8 1.2.1.3 Nguyên lí q trình sấy 1.2.2 Tác nhân sấy 1.2.3 Thiết bị sấy 10 1.3 Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay 12 1.3.1 Hệ thống sấy thùng quay .12 1.3.2 Ưu nhược điểm hệ thống sấy thùng quay 13 1.4 Quy trình sấy cafe .13 PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ 15 2.1 Tính tốn cân vật liệu 15 2.2 Thời gian sấy 16 2.3 Tính kích thước thơng số thùng sấy 17 2.4 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 18 2.5 Tính tốn q trình sấy thực 24 2.5.1 Tổn thất nhiệt 24 2.5.1.1 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang 24 2.5.1.2 Tổn thất nhiệt môi trường kết cấu bao che 25 2.5.2 Tính tốn q trình sấy thực 34 c 2.5.3 Tính tốn cân nhiệt 36 PHẦN 3: TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 39 3.1 Tính tốn chọn calorifer 39 3.2 Tính trở lực chọn quạt .41 LỜI KẾT 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 c LỜI MỞ ĐẦU Sấy trình cơng nghệ sử dụng nhiều công nghệ sản xuất đời sống thực tế Đặc biệt ngành công nghệ thực phẩm, chế biến, hóa chất, vật liệu xây dựng, Kỹ thuật sấy đóng vai trị quan trọng dây chuyền sản xuất, năm 70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy để sấy nông sản thành sản phẩm khô Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm Thực tế cho thấy phơi khô sấy khơng kịp, nhiều nơng sản bị mát ẩm mốc biến chất (chiếm khoảng 10-20%, vài loại lên đến 40-50%) Ngồi ra, sấy cịn q trình cơng nghệ quan trọng chế biến nơng sản thành thương phẩm Do tính chất thành phần vật liệu sấy phải giữ tính chất giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng nên sử dụng số thiết bị sấy thùng quay, buồng sấy, hầm sấy, Tuy nhiên thông dụng sấy kiểu sấy thùng quay với tác nhân sấy khơng khí nóng Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy Phạm Ngọc Hưng đồ án mơn học này, em xin trình bày “Tính tốn thiết kế hệ thống sấy cafe liên tục, suất 1600 kg sản phẩm/h” với nội dung bao gồm phần sau: Phần 1: Tổng quan Phần 2: Tính tốn cơng nghệ sấy cà phê Phần 3: Tính tốn chọn thiết bị phụ Do trình độ, khả nghiên cứu tài liệu bị giới hạn lần thực hiện, nên đồ án em khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót q trình tính tốn, thiết kế Qua đồ án em kính mong thầy góp ý, bảo để em bổ sung củng cố kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn! c PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm sấy 1.1.1 Giới thiệu cà phê Cà phê chi thực vật thuộc họ Thiến thảo Chi cà phê bao gồm nhiều loài lâu năm khác Nhưng thường có hai lồi cà phê có ý nghĩa kinh tế, lồi thứ có tên thông thường tiếng Việt cà phê chè (tên khoa học: Coffee arabica), đại diện cho khoảng 61% sản phẩm cà phê giới Loài thứ hai cà phê vối (tên khoa học: Coffee canephora hay Coffee robusta), chiếm gần 39% sản phẩm cà phê Ngồi cịn có Coffealiberica Coffeaexcelsa (ở nước ta gọi cà phê mít) với sản lượng khơng đáng kể Quả cà phê cấu tạo gồm có: lớp vỏ quả, vỏ thịt (vỏ nhớt), vỏ trấu (vỏ cứng), vỏ lụa, nhân (hạt) cà phê Hạt cà phê (tiếng Anh: Coffee bean) hạt giống cà phê nguyên liệu cho thức uống cà phê Cấu tạo hạt cà phê gồm có phơi mơ dinh dưỡng Thành phần hóa học hạt (nhân) cà phê gồm có: Bảng 1.1: Thành phần hóa học hạt (nhân) cà phê Thành phần Tính hóa học g/100g Tính mg/100g Thành phần hóa học Tính g/100g Nước 8-12 Tinh bột 5-23 Dầu (lipit) 4-18 Saccarozơ 5-10 c Tính mg/100g Protein 9-16 Xenllulozơ 10-20 Cafein (arabica), Hemixenlulloz 20 (robusta) Clorogenica xit Lignin Trigonelline Canxi 85-100 Tanin Photphat 130-165 Cafetanicaxi t 8-9 Sắt 3-10 Cafeicaxit Natri Pentozan Mangan 1-45 Cà phê nhân bóc từ cà phê thóc Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, chiều dài khoảng cm, chiều rộng khoảng 0,5 cm Khối lượng riêng xốp: 641 kg/m3 Nhiệt dung riêng cà phê khô: C = 0,37 kcal/kgđộ = 1,54912 kJ/kgđộ 1.1.2 Quy trình sản xuất cà phê nhân Trong kĩ thuật sản xuất cà phê có phương pháp là: phương pháp sản xuất ướt phương pháp sản xuất khô c ● Phương pháp sản xuất khơ: có ưu điểm đơn giản, tốn ngun liệu, nhân cơng có hạn chế phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nó phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ● Phương pháp sản xuất ướt: phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị lượng hơn, đòi hỏi dây chuyền công nghệ thao tác kĩ thuật cao Nhưng phương pháp thích hợp với hồn cảnh điều kiện khí hậu Đồng thời giúp tăng suất nhà máy tăng chất lượng sản phẩm Quy trình sản xuất theo phương pháp ướt: Hình 1.1: Quy trình sản xuất theo phương pháp ướt 1.2 Giới thiệu chung phương pháp sấy c 1.2.1 Khái niệm chung sấy 1.2.1.1 Khái niệm Sấy trình tách ẩm khỏi bề mặt vật liệu phương pháp bay hơi, trình khuếch tán chênh lệch ẩm bề mặt bên vật liệu hay nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu mơi trường xung quanh.Q trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng, tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ, …), bảo quản tốt vật liệu thời gian dài, sản phẩm nông sản, lương thực, thực phẩm; giảm lượng tiêu tốn trình vận chuyển vật liệu, để đảm bảo thơng số kỹ thuật cho q trình gia công vật liệu 1.2.1.2 Phân loại Quá trình sấy bao gồm hai phương thức: Sấy tự nhiên: phương pháp sử dụng trực tiếp lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió, … để làm bay nước Phương pháp đơn giản, không tốn lượng, rẻ tiền nhiên không điều chỉnh tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém, … Do phương pháp áp dụng cho sản xuất quy mơ lẻ, hộ gia đình Sấy nhân tạo: phương pháp sử dụng nguồn lượng người tạo ra, thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia nhiều dạng: ● Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt khơng khí nóng, khói lị, … (gọi tác nhân sấy) ● Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn c ● Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy ● Sấy dòng điện cao tần: phương pháp dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày vât liệu sấy ● Sấy thăng hoa: phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp nên độ ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành không qua trạng thái lỏng 1.2.1.3 Ngun lí q trình sấy Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên ngồi vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước môi trường không khí xung quanh Vận tốc tồn q trình quy định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ vật liệu sấy bề mặt vật liệu sấy Trong q trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnhhưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số trình sấy 1.2.2 Tác nhân sấy Tác nhân sấy:là chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong q trình sấy, mơi trường buồng sấy ln ln bổ sung ẩm từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên, đến lúc đạt cân vật sấy môi trường buồng sấy, q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại c Vì nhiệm vụ tác nhân sấy: - Gia nhiệt cho vật sấy - Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường - Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy: ● Không khí ẩm: loại tác nhân sấy thơng dụng dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm: khơng khí có sẵn tự nhiên, khơng độc, khơng làm sản phẩm sau sấy bị ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt không khí (calorifer khí - hay khí - khói), nhiệt độ sấy khơng q cao, thường nhỏ 5000C nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiêt phải chế tạo thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt ● Khói lị: dùng làm tác nhân sấy nâng nhiệt độ sấy lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm bụi chất có hại CO2, SO2, … ● Hơi nhiệt: tác nhân sấy dùng cho loại sản phẩm dễ bị cháy nổ có khả chịu nhiệt độ cao ● Hỗn hợp khơng khí nước: tác nhân sấy dùng độ ẩm tương đối cao 1.2.3 Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác để phù hợp với loại vật liệu sấy riêng biệt Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: 10 c