Đề tài thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun sữa bột với năng suất 150kg h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHUN NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài: Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun sữa bột với suất 150kg/h Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.Nguyễn Tuấn Anh Sinh viên thực : Đào Thúy Hằng Mã sinh viên : 2020600434 Lớp : CNTP01-K15 Hà Nội, 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỮA VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.1 Tổng quan sữa .6 1.1.1 Thành phần hóa học sữa 1.1.1.1 Nước 1.1.1.2 Chất béo 1.1.1.3 Protein 1.1.1.4 Gluxit 1.1.1.5 Các muối 10 1.1.1.6 Các thành phần khác 10 1.1.2 Tính chất vật lý sữa .13 1.1.3 Giá trị dinh dưỡng sữa 14 1.1.4 Các q trình sinh hóa xảy sữa 14 1.1.5 Tiêu chuẩn kỹ thuật lựa chọn nguyên liệu sản xuất 15 1.2 Tổng quan công nghệ sấy 16 1.2.1 Định nghĩa 16 1.2.2 Mục đích q trình sấy 16 1.2.3 Nguyên lý trình sấy 17 1.2.4 Phân loại sấy 17 1.2.5 Tác nhân sấy, phương thức sấy chế độ sấy 18 1.2.5.1 Tác nhân sấy .18 1.2.5.2 Phương thức sấy .20 1.2.5.3 Chế độ sấy 20 1.2.6 Chọn phương án thiết kế .21 1.2.7 Thiết bị sấy phun 22 1.2.8 Những biến đổi sữa trình sấy phun .28 CHƯƠNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT .30 2.1 Lựa chọn quy trình cơng nghệ 30 2.2 Thuyết minh quy trình 31 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG 37 3.1 Các thông số ban đầu .37 3.2 Cân vật chất 37 3.2.1 Tính trạng thái khơng khí ngồi trời 37 3.2.1.1 Lượng chứa ẩm 38 3.2.1.2 Entanpy khơng khí ẩm .38 3.2.1.3 Thể tích riêng khơng khí ẩm 38 3.2.2 Tính trạng thái khơng khí sau vào calorifer đốt nóng đẳng ẩm (hàm ẩm khơng đổi) 39 3.2.3 Trạng thái khơng khí sau khỏi máy sấy (Entanpi không đổi) 39 3.3 Cân vật liệu cho khơng khí sấy 41 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 44 4.1 Vòi Phun 44 4.2 Buồng sấy .45 4.2.1 Đường kính buồng sấy 45 4.2.2 Xác định chiều cao tháp sấy 47 4.2.3 Kiểm tra lại vận tốc khơng khí tháp sấy so với lựa chọn ban đầu 47 4.2.4 Xác định thời gian sấy 48 4.2.5 Thể tích buồng sấy 48 4.2.6 Tính bền cho thiết bị 48 4.2.6.1 Thân thiết bị .48 4.2.6.2 Đáy nắp thiết bị 50 CHƯƠNG CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 51 5.1 Tính cân nhiệt lượng 51 5.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy 51 5.1.2 Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy 51 5.2 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 51 5.3 Tổn thất nhiệt tháp sấy 53 5.3.1 Tính hệ số truyền nhiệt 53 5.3.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ đến thành thiết bị α1 53 5.3.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt tường môi trường xung quanh α2 56 5.3.2 Tính bề dày lớp cách nhiệt 57 5.3.3 Tính diện tích bề mặt xung quanh máy sấy 58 5.4 Tính tốn q trình sấy thực tế .59 5.4.1 Sự khác biệt trình sấy lý thuyết sấy thực tế .59 5.4.2 Xác định thơng số tác nhân sấy q trình sấy thực .60 CHƯƠNG CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 63 6.1 Chọn Calorifer 63 6.2 Chọn cyclon 63 6.3 Chọn quạt .63 CHƯƠNG KẾT LUẬN .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ hệ thống sấy phun 23 Hình 2: Kết cấu vịi phun khí 24 Hình 3: Kết cấu vịi phun khí động .25 Hình 4: Cấu tạo đĩa sương ly tâm 26 Hình 5: Buồng sấy 27 Hình 6: Hệ thống thu hồi sản phẩm .28 Hình 7: Sơ đồ quy trình sấy phun sữa bột .30 Hình 8: Xyclone 63 Hình 9: Quạt ly tâm .64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Hàm lượng chất có sữa bị Bảng 2: Các tiêu cảm quan 15 Bảng 3: Các tiêu hóa lý 16 Bảng 4: Bảng tổng kết cho vật liệu sấy 43 Bảng 5: Bảng tổng kết cho tác nhân sấy .43 Bảng 6: Tổng kết tính tốn cân nhiệt lượng 62 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển kinh tế, nhu cầu sống người ngày nâng cao Vấn đề chăm sóc sức khỏe ngày nhận quan tâm nhiều hơn, đặc biệt nhu cầu thực phẩm giàu dinh dưỡng cho người Trong sữa sản phẩm sử dụng nhiều Bởi lẽ tiện dụng, chứa đầy đủ chất dinh dưỡng với hàm lượng cân đối Sữa đóng vai trị quan trọng đời sống sức khoẻ người Công nghệ chế biến sữa đời từ lâu nước phát triển sản phẩm sữa ngày đa dạng chủng loại Ở nước ta công nghệ chế biến sữa bắt đầu phát triển mạnh vào năm cuối thập kỷ 80 kỷ 20 đất nước bước vào thời kỳ đổi mới, ngày có nhiều nhà máy lớn nhỏ khắp nước Trong sản phẩm từ sữa sữa bột giữ vai trò quan trọng chiếm số lượng lớn Việc chế biến sản xuất sữa bột có nhiều ưu điểm vượt trội, ưu điểm lớn tăng thời gian bảo quản sữa giảm chi phí vận chuyển, có ý nghĩa quan trọng kinh tế Cuộc sống ngày phát triển, nhu cầu sử dụng sữa ngày tăng lên, có sữa bột, cơng nghệ chế biến sản xuất sữa bột ngày tăng lên Qua số phân tích trên, Đồ án mơn học này, em lựa chọn phương án : “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun sữa bột với suất 150kg/h với độ ẩm ban đầu 45% độ ẩm cuối 4%” Em xin cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Tuấn Anh, hướng dẫn thầy giúp em hoàn thành môn đồ án môn học công nghệ thực phẩm Trong khoảng thời gian ngắn lần bước vào tính tốn hệ thống thiết bị chắn khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận bảo thêm thầy cô giáo đóng góp ý kiến bạn để làm hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỮA VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.1 Tổng quan sữa Nguyên liệu để sản xuất sữa bột tươi nguyên cream sữa gầy Sữa tươi nguyên kem: sữa tươi nguyên kem dồi chất dinh dưỡng vitamin B1, vitamin D, canxi, photpho hàm lượng chất béo 3,5% Những dưỡng chất có hàm lượng cao loại sữa thông thường Sữa gầy sữa qua trình tách béo, hàm lượng chất béo cịn lại khơng q 1% Để sản phẩm có chất lượng tốt, ổn định, sữa nguyên liệu phải đáp ứng tiêu hóa lí, cảm quan vi sinh theo TCVN7405_2009 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F12 Sữa sản phẩm sữa biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố 1.1.1 Thành phần hóa học sữa Trong sữa có số thành phần như: lipit, gluxit, protein, chất khống, vitamin, ngồi cịn có chất màu nhiều chất khác Trong chất trừ nước chất bay chế biến chất cịn lại gọi chất khô sữa Hàm lượng chất khô sữa khoảng 10-20% tùy theo loại sữa, chất khô sữa nhiều giá trị thực phẩm cao, khơng kể đến lipit chất khơ sữa gọi chất khơ khơng bé Thành phần hóa học loại sữa không giống nhau, chúng thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn vật, loài, giống nhiều yếu tố khác Thành phần chất có sữa bị người ta đo sau: Bảng 1: Hàm lượng chất có sữa bị Thành phần % theo khối lượng Nước 85,5 – 89,5 % Chất béo 2,5 – 6,0 % Protein 2,9 – 5,0 % Đường Lactose 3,6 – 5,5% Khoáng chất 0,6 – 0,9 % 1.1.1.1 Nước Nước thành phần chiếm chủ yếu sữa đóng vai trị quan trọng, dung mơi hịa tan chất hữu vô cơ, môi trường cho phản ứng sinh hóa Hàm lượng nước sữa chiếm khoảng 87%/lit sữa Phần lớn lượng nước sữa ngồi đun nóng, người ta làm bốc nước sữa tươi để chế biến thành sữa đặc, sữa bánh sữa bột sản phẩm dễ vận chuyển dễ bảo quản sữa tươi Nước tồn dạng: Nước tự nước liên kết Nước tự do: chiếm 96-97% tổng lượng nước Nó tách q trình đặc, sấy khơng có liên kết hóa học với chất khơ Khi bảo quản sữa bột, nước tự xâm nhập vào làm cho sữa bột bị vón cục Nước liên kết: chiếm tỷ lệ nhỏ, khoảng 3-4% Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào thành phần nằm hệ keo: protein, photphatide, polysaccharic Dạng đặc biệt nước liên kết nước kết tinh với lactoza dạng C12H22O11.H2O 1.1.1.2 Chất béo Chất béo thành phần quan trọng sữa Hàm lượng chất béo sữa thay đổi phạm vi rộng Có loại sữa béo, khoảng 3g 100ml sữa, có loại sữa nhiều chất béo khoảng 5-6g 100ml sữa Đối với sữa bò hàm lượng béo khoảng 3,9% Chất béo sữa dạng hạt hình cầu nhỏ Kích thước hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loài giống, tùy vật, thời gian khác thời kỳ tiết sữa … Các hạt chất béo kích thước lớn dễ tách khỏi sữa hạt chất béo có kích thước nhỏ Khi để sữa n lặng thời gian, hạt chất béo sữa lên mặt thành lớp váng mỏng gọi váng sữa Trong thành phần chất béo sữa có tới 20 loại acid béo khác nhau, 2/3 acid béo no lại acid béo chưa no Trong số acid béo sữa có nhiều acid béo dễ hịa tan nước (ví dụ acid caproic) Chất béo sữa dễ xảy trình phân hủy làm thay đổi thành phần tính chất q trình thủy phân, q trình oxy hóa,… làm giảm dần chất lượng sữa nhiều làm hỏng sữa Ngoài chất béo thuộc nhóm lipit sữa cịn có photphatit số chất khác hàm lượng khơng nhiều, photphatit có khoảng 0.5-0.7g lít sữa, chủ yếu lexitin 1.1.1.3 Protein Nhóm hợp chất hữu quan trọng cửa sữa protein Hàm lượng protein loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm giới hạn 3.0-4.6% Riêng sữa bò hàm lượng protein khoảng 3.3-3.5% Các protein sữa protein hồn thiện Trong thành phần protein sữa có đến 19 loại axit amin khác nhau, có đầy đủ acid amin không thay như: valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan lyzin Trong sữa có loại protein chủ yếu : Casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12% lactoglobulin chiếm 6% toàn lượng protein có sữa cịn vài loại protein khác hàm lượng không đáng kể Casein nhóm protein chủ yếu protein sữa Nó bao gồm nhiều loại casein khác nhau,  casein,  casein,  casein,  casein thể phức hợp phosphoryl gồm có s1, s2, s3, s4, s5, s6 – casein -casein thành phần chủ yếu có sữa bị lại thứ yếu sữa người casein glycoprotein diện khắp nơi thể mixen casein Chính mà mixen trạng thái ổn định Casein  casein không tan sữa tươi Các protein chứa nhóm photphat (photpho chiếm khoảng 0.8% tồn casein) nhóm photphat kết hợp với ion Ca 2+ Sự trung hòa phần lớn điện tích âm ngăn ngừa  casein  casein kết khối kết tủa Hai phân tử casein tồn cách ổn định sữa có diện  casein Casein không tồn tự sữa tồn dạng hạt mixen có kích thước từ 0.003m đến 0.3m Trung bình hạt chứa hàng ngàn phân tử  casein  casein Hiệu bảo vệ  casein góp phần gia tăng điện tích âm hạt mà khơng kết hợp với ion Ca2+ Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước 30% chất khô Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% muối (chủ yếu canxi photphat) chiếm khoảng 7% Lactoglobulin gọi globulin sữa Hàm lượng lactoglobulin sữa khoảng 0,1% theo khối lượng chiếm tỉ lệ 3% so với lượng protein chung Globulin sữa có nhiều sữa non, thuộc loại protein đơn giản protein hoàn thiện Trong sữa, globulin tồn dạng keo có độ phân tán so với albumin sữa khoảng 18.000 Globulin có dạng đồng phân:  glactoglobulin, epglobulin pseudogglobulin Chúng khác khả hòa tan nước tính kháng trùng  lactoglobulin khơng tan nước, hịa tan tốt dung dịch muối lỗng, epglobulin tan nước có mặt muối Pseudoglobulin hịa tan nước nguyên chất Lactoalbumin gọi albumin sữa Hàm lượng lactoalbumin sữa không nhiều khoảng 0.5-1.0% tùy loại sữa Trong sữa non có nhiều lactoalbumin sữa thường Khác với casein, lactoalbumin sữa dạng hòa tan Dưới tác dụng nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ Trong môi trường acid, tăng nhiệt độ mức độ đơng tụ nhanh mau Các enzim làm đơng tụ casein khơng có khả làm đông tụ lactoalbumin Sau đông tụ, lactoalbumin khả hịa tan lại nước, hịa tan lại vài loại dung mơi q = l× (I1 – I0) = l× (I2 – I0) -   l×(I2 – I0) = l× (I1 – I0) +  Với q trình sấy lý thuyết:  = Nhiệt lượng tiêu hao chung Q = Ga× (I2 – I0) = 3387,84× (221.31- 70,9) = 16817,34 (kJ) Nhiệt lượng tiêu hao riêng q= Q 16817 ,34 = =150 , (kg /kg ẩm) Ga 111 , 81 5.3 Tổn thất nhiệt tháp sấy q m= K ×F×△t W (CT 7.42/T142, [6]) Trong đó: - F: Diện tích bề mặt xung quanh máy sấy - t : Hiệu số nhiệt độ trung bình tác nhân sấy với môitrường xung quanh - W: Lượng ẩm bay - K: Hệ số truyền nhiệt 5.3.1 Tính hệ số truyền nhiệt K 1  2  b1  b3 1  b2 2 Trong đó: 1 : Hệ số cấp nhiệt tổng quát từ đến thành thiết bị 2 : Hệ số cấp nhiệt tường môi trường xung quanh 5.3.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ đến thành thiết bị α1 1 = k  (α 1−α ) ' '' Trong đó: - α '1: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy đối lưu cưỡng 54 (W/m2 độ) - α ''1 : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy đối lưu tự nhiên (W/m2 độ) - K: Hệ số điều chỉnh tính đến độ nhám, k =1,25 a, Tính α1’ Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành sấy đối lưu cưỡng N λ theo cơng thức: α ' = D Xác định số Nuyxen Nu = 0,018 × Re0,8 × ɛ1 (CT V.42/T16, [2]) Trong đó: + ɛ1 hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều cao H đường kính D ống + Re chuẩn số Reynolds  Chuẩn số Reynolds Re  lt  D   lt  D   v (CT V.36/T13, [2]) Trong đó: - D đường kính tháp phun, D = 1, (m) - là vận tốc khí - : độ nhớt khơng khí, υ = 25,7.10-6 (m/s2) (bảng I.255/T318, [1]) Với= 25,7× 10-6(m/s2) ,  =0 ,38 m/s , D = 1, 5(m) ta có: ℜ= ,5 × ,38 =22178 , 9>10 −6 25 ,7 ×10  Hệ số điều chỉnh Với Re > 104 H/D= 3,5/1,5= 2,33 55 => ԑ1 = 1,391 (Bảng V.2/T15, [2]) Với Re= 22178,98 ɛ1= 1,391 Nu = 0,018 × Re0,8 × ɛ1= 0,018 × 22178,90,8 × 1,391= 75,05 Tại 127,50C λ= 0,032(W/m.đợ) (Bảng I.137/T149, [1])  Hệ số cấp nhiệt α 1' = Nu× λ 75 ,05 × 0,032 = =¿1,6 (W/m2.độ) D ,5 b, Tính α Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy đối lưu α = {Nu×λ} over {D tự nhiên theo công thức :  Xác định số Nuyxen Nu = 0,47 × Gr0,25  Chuẩn số Gratkov: Gr = g × D × β × △ t g× D × △ t = 2 ❑ ❑ ×T (CT V.39/T13, [2]) Trong đó: - g: Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 -  : Hệ số giãn nở thể tích - t : Hiệu số nhiệt độ tác nhân sấy vào tác nhân sấy - t2 nhiệt độ tác nhân sấy t2= 850C - D đường kính buồng sấy D= 1,5 (m) Gr= , ×1 , ×(170−85) −6 ( 25 ,7 × 10 ) ×(273+85) =1 ,18 × 1010 Với Gr = ,18 × 1010 Nu = 0,47 × Gr0,25 = 0,47 × (1 ,18 × 1010 ¿0,25= 154,9 56  Hệ số cấp nhiệt α = {0,032 × 154,9} over {1,5} =3, (W/m2.độ)      k  1'   1'' = 1,25  (1,6+3,3) = 6,125 (W/m2.độ) 5.3.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt tường môi trường xung quanh α2    2'   2'' Trong đó: -  2' : Hệ số cấp nhiệt mặt máy sấy đối lưu tự nhiên -  2'' : Hệ số cấp nhiệt xạ a, Tính α2’ Xác định hệ số cấp nhiệt mặt máy sấy đối lưu tự nhiên theo côngthức: α 2' = N λ D Hệ số cấp nhiệt từ ngồi thành thiết bị đến môi trường xung quanh Giả sử nhiệt độ khơng khí phân xưởng t k = 280C Nhiệt độ lớp thép bảo vệ thành thiết bị tn = 60oC ttb= Ở nhiệt độ ta có: t k +t n 60+28 = =¿ 44o C 2  = 2,78*10-2 (W/m.độ)  = 17,356*10-6( m2/s)  Xác định số Nuyxen: Nu= 0,47× Gr0,25  Chuẩn số Gratkov: , ×1 ,5 ×(60−28) g × D3 × △ t Gr= = =1 ,17 x 1010 −6 ❑ ×T ( 17,356 × 10 ) ×(28+273) 57 Nu= 0,47× Gr0,25 =0,47 × (1 ,17 × 1010)0,25 = 154,57  Hệ số cấp nhiệt −2  2' = λ × Nu = 2, 78 ×10 ×154 ,57 =2 ,86 (W/m2.độ) D ,5 b, Tính α2” Hệ số cấp nhiệt xạ   T1   T2      n  C0     / T T   100   100       '' (CT V.135/T41 [2]) Trong -  n : mức độ đen vật, với hệ thống thép chọn  n = 0,85 - Co : hệ số cấp nhiệt vật đen tuyệt đối, chọn Co = 5,7 - T1 : nhiệt độ tường tiếp xúc khơng khí T1 = tn + 273 = 60 + 273 = 3330 C - T2 : nhiệt độ khơng khí T2 = to + 273 = 25 + 273 = 2980C Thay vào ta có : 333 298 α2”= 0,85 × 5,7 × (( 100 )4 – ( 100 )4 )/(333-298)) = 6,11 (W/m2.độ ) Hệ số cấp nhiệt từ bề ngồi thiết bị vào khơng khí α2 = α2’+α2”= 2, 86+6,11= 8,97 (W/m2 độ ) 5.3.2 Tính bề dày lớp cách nhiệt Chọn vật liệu cách nhiệt cho tháp thủy tinh, hệ số dẫn nhiệt 2=0,037 (W/m độ) Bề dày lớp cách nhiệt b2 Bề dày thiết bị b1 = (mm), bề dày lớp vỏ bảo vệ b = (mm), làm vật liệu thép khơng rỉ có 1 = 3 = 21,2 (W/m độ) D tb đường kính trung bình thiết bị kể lớp cách nhiệt Dtb = D + × b1 + b2 = 1,5 + 20,005 + b2 = 1,51+b2 (m) (1) 58 Lượng nhiệt truyền từ tháp cấp nhiệt: q =  × D× 1× (ttb –t2) = 3,14 × 1,5× 6,125× (127,585)= 1226,07 (W/m) (2) Mặt khác : q= λ2 × π × D tb ×(t w2 −t w3 ) b2 Trong đó : tw1, tw2: nhiệt độ bên bên thành thiết bị xem t w1 ~ tw2 = 85oC t , tw4: nhiệt độ bề bề lớp vỏ bảo vệ xem t w3 ~ tw4 = 60 C w3 o Thay (1) vào (2) ta có : 0,037 q = 1226,07 = b × ,14 × ( , 51+ b2 ) ×(85−60) Ta tính b2 = 3,58 × 10-3 (m) ⟹ Dtb =1 ,51+3 , 58 ×10−3=1,5135 (m)  Hệ số truyền nhiệt tổng quát từ lịng thiết bị mơi trường xung quanh: (CT 6.6/73,[7])  K= =2 , 69 −3 1 0,005+0,001 ,58 x 10 + + + 6,125 , 97 21 ,2 0,037 Vậy K= 2,69(W/m2.độ) 59 5.3.3 Tính diện tích bề mặt xung quanh máy sấy Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh π × D ng F=π × Dng × H T + Trong đó: Dng = D + 2× (b1 +b2+b3)=1,5 + × (0,005 + 0,00358+ 0,001) = 1,51916 (m)  F = , 14 ×1,51916 × ,5+ , 14 ×1,51916 =18 ,5 Hiệu số nhiệt độ trung bình tác nhân sấy với môi trường xung quanh Chênh lệch nhiệt độ trung bình mơi trường thiết bị môi trường xung quanh : - t1 = t1 – tn = 170 –25 = 145oC - t2 = ttb - tn = 127,5 –25 = 102,5oC △ t 1−△ t 145−102 ,5 = 145 △tln = ln △ t = 122,5oC ln 102, △t2 Nhiệt lượng tổn thất mơi trường xung quanh tính theo kg ẩm Qmt = K × F × tln = 2,69 × 18,5 × 122,5 = 6096,21(kJ/h) qmt = Qmt 6096 , 21 = =54 ,53 (kJ/kg) W 111 , 81 5.4 Tính tốn q trình sấy thực tế 5.4.1 Sự khác biệt trình sấy lý thuyết sấy thực tế Nhiệt lượng bổ sung thực tế △= Cn × tvl1 - qm - qvl Trong đó: - qmt= 54,53 (kJ/kg) - qvl = 10% × L × (I2 - Io) = 10% × 3387,84 × (221,31– 70,9) 60 = 50956,5 (J/kg) = 50,9565 (kj/kg) △ = 4,18 × 25 – 54,53 – 50,9565 = 0,9865< (kJ/ kg ẩm)    I  I1 Ta thấy < 0, trình sấy cần bù thêm nhiệt đun nóng nhiệt sản phẩm mang Do mà trình sấy thực tế khác với trình sấy lý thuyết mà cụ thể lượng nhiệt cần cung cấp cho trình sấy thực lớn q trình sấy lí thuyết 5.4.2 Xác định thông số tác nhân sấy trình sấy thực - Nhiệt dung riêng dẫn xuất tác nhân sấy trước sấy Cdx  (d1 )  C pk  C pa  d1 (CT 7.10/T130, [6]) = 1,004 + 1,842 × 0,018 = 1,0371 (kJ/kg kkk) - Lượng ẩm chứa d2 tác nhân sấy sau trình sấy thực i2 = 2500 + 1,842  t2 (CT 7.32/T138, [6]) = 2500 + 1,842 × 85 = 2656,57  d  d1  Cdx   d1    t1  t2  i2   = 0,018 + 1,0371×(170−85) = 0,05 (kg ẩm/kg kkk) 2656 ,57+ 0,9865 - Enthapi khơng khí ẩm I  C pk  t  d  i2 (CT 7.33/T138, [6]) = 1,004 × 85 + 0,05 × 2656,57 = 218,17 (kg/kg kkk) 61 - Độ ẩm tương đối φ 2= d2 × B , 05 × 0,981 = =0,124=12,4% P b ×(0,622+d ) , 59 ×(0,622+0 , 05) - Lượng tác nhân sấy cần thiết cho trình sấy thực tế 1 l’= d 2−d = , 05−0,018 =31 ,52 (kg kkk/kg ẩm) - Lượng tác nhân sấy thực tế L’ = l’×W= 31,52 × 111,81= 3524,25(kg kk/h)= 0,97 (kg/s) - Nhiệt lượng tiêu hao cho trình sấy thực tế q = l’× (I1- I0) = 31,52×(221,31 – 70,9) = 4740,92(kJ/kg ẩm) - Nhiệt lượng có ích q1= i2 – Cn×tvl1 = 2656,57 - 4,18×25= 2552 (kj/kg ẩm) - Tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang q2= l’×Cdx(d1)×(t2-t0) = 31,52×1,0371×(8525)=1961,36 (kj/kg ẩm) - Tổng nhiệt lượng có ích nhiệt lượng tổn thất q ;  q1  q2  qv  qm = 2552 +1961,36 + 54,53 + 50,9565=4618,84(kJ/kg ẩm) Về nguyên tắc, nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích nhiệt lượng tổn thất phải Nhưng nhều lý do, q trình tính tốn làm trịn số nên gây sai số - Sai số tuyệt đối q  q  q ' = ⎸4740,92 – 4618,84 ⎸= 122,08 (kJ/kg ẩm) - Sai số tương đối △ q 122, 08 ɛ = q = 4740 , 92 ×100 %=2 , % Sai số cho phép tính tốn 62  Các thơng số lựa chọn xác 63 Bảng 6: Tổng kết tính tốn cân nhiệt lượng ST T ĐẠI LƯỢNG KÝ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ Lưu lượng tác nhân sấy thực tế L’ 3524,25 Kg kk/h Nhiệt lượng tiêu hao riêng q 4740,92 kJ/ kg ẩm Nhiệt lượng bổ sung thực tế  0,9865 kJ/ kg ẩm Nhiệt lượng có ích q1 2552 kJ/ kg ẩm Tổn thất nhiệt tác nhân sấy q2 1961,36 kJ/ kg ẩm Tổn thất nhiệt vật liệu qv 50,9565 kJ/ kg ẩm Tổn thất nhiệt môi trường qm 54,53 kJ/ kg ẩm Tổng nhiêt lượng có ích tổn thất q' 4618,84 kJ/ kg ẩm Sai số tính tốn q 122,08 kJ/ kg ẩm 10 Sai số toàn phần  2,5 % 64 CHƯƠNG CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 6.1 Chọn Calorifer Calorifer dùng máy sấy có nhiều loại Ở đây, ta chọn calorifer khí-hơi, thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm có cánh gân Hơi nước bão hòa ngưng tụ ống khơng khí chuyển động bên ngồi ống.Nhiệt độ khơng khí vào calorifer nhiệt độ môi trường t 1= t0= 250C Nhiệt độ khơng khí khỏi calorifer nhiệt độ khơng khí vào máy sấy: t2 =1700C 6.2 Chọn cyclon Do yêu cầu chất lượng sữa sau sấy khí thải mơi trường nên người ta sử dụng tác nhân sấy khơng khí nóng Trong q trình sấy, khơng khí chuyển động buồng sấy với vận tốc lớn nên phần sữa theo khơng khí ngồi Để thu hồi lượng sữa bị thất làm khơng khí trước thải ngồi mơi trường cần phải đặt xyclon đường khơng khí nóng Hình 8: Xyclone 6.3 Chọn quạt Trong hệ thống sấy, chúng ta cần sử dụng quạt để tạo áp suất động để di chuyển không khí vào hệ thống và một phần khắc phục trở lực đường ống 65 Sử dụng loại quạt: - Quạt đẩy để đẩy không khí từ calorifer vào thùng sấy - Quạt hút ở cuối hệ thống để hút không khí thải vào cyclon lọc bụi Hình 9: Quạt ly tâm 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau thời gian tìm đọc tài liệu, nghiên cứu nhận giúp đỡ thầy Nguyễn Tuấn Anh, em hoàn thành đồ án thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa với suất 150kg/h Đây kết tính tốn mang ý nghĩa lý thuyết giúp em biết bước bản, nguyên tắc, cách áp dụng công thức, tra bảng tìm thơng số, tìm tài liệu nghiên cứu… Sau tính tốn đồ án thiết bị sấy phun sữa bột em tìm thơng số thiết bị sau Đối với thiết bị buồng sấy có: + Đường kính 1,5 (m); + Chiều cao 3,5 (m); + Thời gian sấy 9,21 + Thể tích buồng sấy 6,18 m3 Việc làm đồ án môn học thực đem lại hiệu cho em nói riêng cho sinh viên ngành nói chung Qua sinh viên nâng cao kĩ tính tốn biết cách thiết kế hệ thống ứng dụng ngành học Đồ án hồn thành khơng tiếp xúc với thực tế nhiều, lượng kiến thức hạn hẹp nên đồ án nhiều thiếu sót Em mong nhận giúp đỡ thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tuấn Anh giúp đỡ để em hồn thành đồ án môn học Em xin chân thành cảm ơn! 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuận Toản, Trần Xoa , xuất năm 1999 ‘‘Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1”, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [2] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuận Toản, Trần Xoa , xuất năm 1999 “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2”, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [3] Lê Văn Hoàng, xuất năm 2004, ‘‘Quá trình thiết bị sinh học công nghệ thực phẩm’’ nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Lụa, xuất năm 2006, “Kĩ thuật sấy vật liệu”, nhà xuất Đại học quốc gia TPHCM [5] Lê Văn Việt Mẫn, xuất năm 2010, “Giáo trình cơng nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống pha chế tập 1”, nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Trần Văn Phú, xuất năm 2002, ‘‘Tính tốn thiết kế hệ thống sấy’’, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [7] Trần Văn Phú, xuất năm 2008, “Kĩ thuật sấy”, nhà xuất giáo dục [8] Lâm Xuân Thanh, xuất năm 2002, “Giáo trình cơng nghệ chế biến sữa sản phẩm từ sữa” nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội [9]Phạm Văn Thơm, xuất năm 1997, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dạng”, Đại học Cần Thơ [10]Lê Ngọc Trung, xuất năm 2010, giảng ‘‘Quá trình thiết bị truyền chất’’, trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng 68