(Đồ án hcmute) tính toán thiết kế chế tạo hệ thống sấy phun với cơ cấu phun ly tâm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY PHUN VỚI CƠ CẤU PHUN LY TÂM GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU SVTH: CAO NHÂN NGHĨA MSSV: 12116056 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2016 – 12116056 TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY PHUN VỚI CƠ CẤU PHUN LY TÂM GVHD: ThS Lê Hoàng Du SVTH: Cao Nhân Nghĩa MSSV: 12116056 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 07/2016 an an LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn đến thầy Lê Hoàng Du giúp đỡ dẫn chúng em q trình hồn thành luận văn này, thầy giúp đỡ chúng em nhiều trình tìm hiểu thực đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa công nghệ hóa học thực phẩm truyền đạt cho chúng em kiến thức quý giá để trình học môn khoa, kiến thức giúp chúng em nhiều trình làm đề tài luận văn tốt nghiệp công việc sống sau Em xin chân thành cảm ơn tới anh, chị, cô, giúp đỡ chúng em q trình gia cơng chế tạo thiết bị tư vấn mạch điện cho chúng em Trong khoảng thời gian ngắn lần chúng em bước vào tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên chắn tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận bảo thêm quý thầy cô ý kiến đóng góp bạn Chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: CAO NHÂN NGHĨA an 12116056 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn nội dung trình bày khóa luận tốt nghiệp riêng Tôi xin cam đoan nội dung tham khảo khóa luận tốt nghiệp trích dẫn xác đầy đủ theo qui định Ngày tháng Ký tên an năm 201 an an an an an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU  Chức khiển nhiêt Bộ điều khiển độ giúp nhà thiết kế để cài đặt nhiệt độ hệ thống ln trì trạng thái ổn định nhiệt độ cố định Sơ đồ mạch điện điều khiển nhiệt AX7 Đầu dị nhiệt có chức nhu nhận tín hiệu nhiệt báo cho hệ thống điều khiển Hệ thống thu nhậnvà xử lý tín hiệu đầu vào cảm biến nhiệt so sánh với tín hiệu cài đặt để xuất tín hiệu đẩu cho phù hợp.Với thiết bị sử dụng hệ thống sấy phun điều khiển nhiệt độ giúp đóng ngắt mạch điều khiển SSR thơng qua rơle giúp đóng ngắt mạch điện điện trở gia nhiệt 3.1.3 Đầu dò nhiệt Cảm biến nhiệt thiết bị dùng để cảm nhận, đo, đếm,… đại lượng vật lý nhiệt chuyển thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái Có loại cảm biến nhiệt cặp nhiệt độ, nhiệt điện trở, bán dẫn,… Hình 3.5 Đầu dò nhiệt độ 3.1.4 Rơ le  Định nghĩa Rơ le hay rơ le điện công tắc chạy điện Hình 3.6 Rơ le chân 51 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU Rơ le sử dụng cần kiểm soát mạch điện tín hiệu cơng suất thấp (với đầy đủ cách điện kiểm soát mạch điều khiển), trường hợp số mạch phải kiểm sốt tín hiệu Hình 3.7 Mạch nguyên lý rơ le Trong thiết bị sấy phun sử dụng thiết bị SSR, thực chất rơ le SSR loại rơ le bán dẫn, chịu dịng cao 20 A phù hợp cho khiển mạch điện có cơng suất lớn Hình 3.8 SSR 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN 3.2.1 Sơ đồ mạch động lực Mạch điện động lực cấp nguồn 220V VAC Mạch qua thiết bị động cơ, quạt hút, heater Heater sử dụng nguồn 220VAC- kW Do cường độ dịng điện chạy tải là: 52 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU 𝐼1 = 𝑃 6000 = = 27,3 (𝐴) 𝑈 220 Động Spindle 220VAC - 1,5KW dòng điện cần cung cấp là: 𝐼2 = 𝑃 1500 = = 8,5 (𝐴) 𝑈 𝑐𝑜𝑠𝜑 220.0,8 Quạt 220VAC - 1,1KW dòng điện cần cung cấp là: 𝐼3 = 𝑃 1500 = = 6,25 (𝐴) 𝑈 𝑐𝑜𝑠𝜑 220.0,8 Vậy mạch tổng cần chịu tải: I = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 = 27.3 + 8.5 + 6.25 = 42.05 (A) Dựa vào tải mạch để lựa chọn thiết bị phù hợp cho mạch điện Hình 3.9 Sơ đồ mạch động lực 3.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển 53 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HỒNG DU Hình 3.10 Sơ đồ mạch ngun lý điều khiển nhiệt độ Khi nhấn công tắc động cơ, quạt, tiếp điểm – đóng làm đèn báo hiệu sáng, tiếp điểm – 12 rơ le đóng làm cho mạch khiển biến trở biến tần kín ta chỉnh tần số dịng qua biến trở Hình 3.11 Sơ đồ mạch điều khiển heater Khi nhấn cơng tắc heater, tiếp điểm – đóng làm đèn báo hiệu sáng, tiếp điểm – 12 rơ le đóng dẫn tới mạch điều khiển nhiệt độ SSR kín Khi đầu dị nhiệt trả giá trị nhiệt thấp nhiệt độ cài đặt, SSR đóng mạch làm điện trở hoạt động Ngược lại, giá trị nhiệt trả cao nhiệt độ cài đặt SSR hở mạch, khơng có dịng điện chạy qua điện trở khơ 3.2.3 Tính tốn điện 54 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU Tổng điện tiêu thụ lớn hệ thống P = P1 + P2 + P3 + P4 = + 1.5 + 1.1 + 0.5 = 9.1 kW Trong đó: P1 cơng suất heater (kW) P2 công suất động (kW) P3 công suất quạt hút (kW) P1 công suất mạch khiển (kW) Thông thường, vận hành hệ thống thiết bị thường khơng chạy hết cơng suất, lượng điện tiêu thụ nhỏ tính tốn nhiều 3.3 HƯỚNG DẪN ĐIỀU KHIỂN VÀ SỬ DỤNG Để vận hành thiết bị trước hết phải hiểu nắm rõ nguyên lý hoạt động máy sấy phun thiết kèm theo Tùy vào trường hợp cụ thể có cách, trình tự vận hành máy khác nhau, nhiên trường hợp phổ biến trình tự vận hành sau: Bước Lắp đặt hệ thống yêu cầu, kiểm tra mối nối, đầu dò nhiệt, thiết bị điện Bước Bật nguồn thiết bị gia nhiệt Bước Bật quạt hút chỉnh lưu lượng phù hợp Bước 4: Sau thiết bị gia nhiệt đạt nhiệt độ yêu cầu bật động đầu phun điều chỉnh vận tốc phù hợp, sau bật bơm nguyên liệu điều chỉnh lưu lượng nhập liệu phù hợp Tiến hành trình sấy Bước 5: Sau nguyên liệu nhập liệu hết, tắt bơm nhập liệu Bước 6: Chờ nguyên liêu chảy hết ống dẫn, tắt động Bước 7: Tắt thiết bị gia nhiệt 55 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU Bước 8: Sau nhiệt buồng sấy giảm tắt quạt hút Bước 9: Thu hồi sản phẩm Bước 10: Tháo vệ sinh thiết bị Bước 11: Lắp lại hệ thống 56 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 4.1 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM SỮA Chúng sử dụng nguyên liệu sữa tách béo pha với maltodextrin đến nồng độ chất khô đạt 40% Hỗn hợp nguyên liệu sấy chế độ khác Sản phẩm thu đánh giá, nhận xét đưa kết phù hợp với nguyên liệu sữa  Trường hợp 1: sấy mẫu nhiệt độ 180℃, thay đổi tần số quạt hút chế độ 115,2 m3/h; 86,4 m3/h; 57,6 m3/h để chọn chế độ quạt hút cho phù hợp Kết thu sản phẩm sau: Hình 4.1 Sản phẩm thu 180℃ Từ sản phẩm thu được, nhận thấy sữa sấy chế độ quạt có tần số 40Hz thu sản phẩm tối ưu  Trường hợp 2: giữ chế độ quạt 115,2 m3/h, thay đổi nhiệt độ đầu vào 200℃ 160℃ Kết thu sản phẩm sau: Hình 4.2 Sản phẩm thu thay đổi nhiệt độ 57 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU Từ hai sản phẩm thu 160℃ 200℃ so với mẫu sấy 180℃, chúng tơi nhận thấy, sản phẩm sấy 180℃ có chất lượng tương đối tốt Vậy: sữa tươi nguyên liệu sấy chế độ thông số kỹ thuật sau: - Nhiệt độ vào: 180℃ - Tốc độ nhập liệu: l/h - Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút - Lưu lượng quạt: 115 m3/h - Nồng độ chất khô: 40% 4.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM CÀ PHÊ Dung dịch cà phê trích ly bổ sung maltodexttrin đến đạt nồng độ chất khô 40% Hỗn hợp dung dịch sấy chế độ khác ứng với mức nhiệt độ 140℃, 160℃ 180℃ Lựa chọn chế độ làm việc phù hợp Kết thu sản phẩm sau: Hình Sản phẩm cà phê Vậy: nguyên liệu cà phê sấy chế độ thông số kỹ thuật sau: - Nhiệt độ vào: 160℃ - Tốc độ nhập liệu: l/h 58 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HỒNG DU - Tốc độ đĩa quay: 10000 vịng/phút - Lưu lượng quạt: 115 m3/h - Nồng độ chất khô: 40% Ngồi hai sản phẩm này, chúng tơi cịn chạy mẫu thử “ Công Ty Cổ Phần HQGANO” Kết sau sấy: Hình 4.4 Sản phẩm bột linh chi Vậy: nguyên liệu cao linh chi sấy chế độ thông số kỹ thuật sau: - Nhiệt độ vào: 100℃ Tốc độ nhập liệu: l/h Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút Lưu lượng quạt: 115 m3/h Nồng độ chất khô: 40% 59 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU CHƯƠNG V: AN TỒN LAO ĐỘNG PHỊNG CHỮA CHÁY 5.1 HỆ THỐNG Trong hệ thống máy sấy phun, sử dụng vật liệu Inox 304, đạt tiêu chuẩn vệ sinh an tồn thực phẩm khơng độc, khơng rỉ, chịu nhiệt, khơng hịa lẫn vào thực phẩm, bề mặt trơn bóng dễ vệ sinh, … Các mối hàn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm đảm bảo kín, khơng tan, hịa lẫn vào thực phẩm, khơng chứa chất độc hại, bề mặt trơn nhẵn,… Bề mặt khơng có góc cạnh nhọn, sắc dễ gây trầy xước cho người vận hành Thiết bị có phận cách nhiệt thủy tinh chịu nhiệt đảm bảo nhiệt độ bề mặt từ 40- 60ᴼC không gây bỏng cho người vận hành hư hại thiết bị xung quanh 5.2 MẠCH ĐIỆN Hệ thống mạch điện có phận cách điện phù hợp, đảm bảo an toàn Các thiết bị cầu chì, SSR, tính tốn tải, chịu nhiệt phù hợp trình sử dụng tỏa nhiệt Hệ thống dây dẫn tính tốn đủ chịu tải Các mối nối đảm bảo an tồn khơng gây tượng chập mạch hay phóng hồ quang Hệ thống sử dụng thiết bị an tồn cầu chì tải, rơ-le, SSR đảm bảo cô lập mạch không gây hư hại cho phận khác hay thiết bị khác trường hợp có phận bị hỏng Hệ thống có sử dụng đèn báo cho phận hoạt động Hệ thống có hướng dẫn sử dụng, biển báo nguy hiểm đặt vị trí phù hợp 60 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN Hệ thống thiết bị sấy phun chế tạo bao gồm thông số kỹ thuật sau:  Heater có cơng suất: Kw/h  Quạt có công suất 1,5 kW/h với lưu lượng 2.4 m3/phút  Đầu phun dạng đĩa ly tâm có tốc độ quay từ đến 24000 vòng/phút  Buồng sấy cao 1,1 mét, đường kính 0,6 mét, làm vật liệu Inox 304  Xylon thu hồi sản phẩm tối đa, không bị thất thoát sản phẩm đường ống  Tốc độ nhập liệu: – lít/h  Hệ thống điều khiển đơn giản, dễ vận hành thao tác Thiết bị chạy thử thành công sản phẩm thơng dụng như: sữa bột, cà phê hịa tan Ngồi ra, thiết bị cịn chạy thành cơng sản phẩm có chất lượng cao cao linh chi Ứng với nguyên liệu chế độ sấy khác thiết bị Hệ thống thiết bị sấy phun sau hồn thành hình 6.1 Hình 6.1 Hệ thống thiết bị sau hoàn thành 61 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU 6.2 KIẾN NGHỊ Thiết bị sấy phun với cấu phun ly tâm thiết kế chế tạo lần đầu nên cịn số sai sót Vì vậy, để thiết bị hoạt động phát triển bình thường chúng tối có số kiến nghị sau:  Tiến hành khảo sát chế độ làm việc tối ưu máy  Cải tiến số nhược điểm hệ thống, hoàn thiện, tối ưu thiết bị  Nghiên cứu tiếp trình truyền nhiệt buồng sấy, quỹ đạo chuyển động hạt nguyên liệu buồng sấy để tính tốn xác thơng số buồng sấy  Nhân rộng mơ hình máy sấy phun cho trường học, doanh nghiệp vừa nhỏ đặc biệt phục vụ cho trình sấy thực phẩm chức 62 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A S Mujumdar, Handbook of industrial drying CRC Press, 2007 [2] Anon Physical Properties of Dairy Products 3rd edn.MAF QualityManagement, Hamilton,New Zealand,1996 [3] Bylund G., Dairy processing handbook Tetra-Pak processing systems AB publisher, lund, 1995 [4] C.T Crowe Modelling spray-air contact in spray drying systems, volume of Advances in Drying, chapter Hemisphere Publishing, New York, NY,1980 [5] Chemical [6] [7] Friedman, S.J.; Gluckert, F.A.; Marshall, W.R Centrifugal disk atomization Engineering Progress 1952 http://www.world-foodhistory.com/2012/05/history-of-spray-drying.html Isliokil Y Effect of Spraying Conditions on Drop-sizes of Coricentrated Milk, Kagaku Kogaku (in 'Japanese), 1964 [8] ISI 1165 (IInd Rev) Specification for Milk Powder Sampling of Milk Powder Number of Tests, pp Indian Standards Institution, Delhi, India, 1975 [9] K Masters, Spray drying in practice Spray Dry Consult Intl, Denmark,2002 [10] Lê Văn Việt Mẫn Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống tập Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM, tr 11, 2004 [11] Mrsters, K Spray Drying, Leonard Hill Books, London, 1972 [12] Nguyễn Văn Lụa, Kỹ thuật sấy vật liệu Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHCM, tr 217, 2001 [13] Nguyễn Văn Lụa, Kỹ thuật sấy vật liệu Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHCM, tr 218, 2001 63 an SVTH: CAO NHÂN NGHĨA [14] GVHD: ThS LÊ HOÀNG DU Nguyễn Văn Lụa, Kỹ thuật sấy vật liệu Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHCM, tr 224, 2001 [15] Oakley D Spray dryer modeling in theory and practice Drying Technol, 2002 [16] PGS.TS Hoàng Văn Chước Kỹ Thuật sấy Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật tr 155, 2004 [17] PGS.TS Hoàng Văn Chước Kỹ Thuật sấy Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật tr 165, 2004 [18] PGS TS Tô Đăng Hải, Cơ sở Lý thuyết Phương pháp Tính tốn, Tra cứu số liệu Thiết bị Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [19] PGS TS Tô Đăng Hải, Cơ sở Lý thuyết Phương pháp Tính tốn, Tra cứu số liệu Thiết bị Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, tr 359, 2006 [20] Trần Văn Phú, Kỹ Thuật Sấy, Nhà xuất Giáo dục, 2004 [21] Trần Văn Phú Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo dục tr 57, 2004 [22] Trần Văn Phú Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo dục tr 57,58, 2004 [23] Trần Văn Phú Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo dục, tr 179, 2004 [24] Turner G.M and Moulton,'R.W, Drop-Size Distributions from Spray Nozzles, Chern Eng Progr., 49, pp.185-196, 1953 [25] W Lenggoro and K Okuyama Preparation of nanoparticles via spray route.Chemical Engineering Science, 2003 64 an an