1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

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

69 4 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế Hệ Thống Thiết Bị Sấy Phun Sữa Bột Với Năng Suất 150kg/h
Tác giả Đào Thúy Hằng
Người hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh
Trường học Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại Đồ Án Môn Học
Năm xuất bản 2023
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 69
Dung lượng 671,85 KB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỮA VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY (7)
    • 1.1. Tổng quan về sữa (7)
      • 1.1.1. Thành phần hóa học của sữa (7)
        • 1.1.1.1. Nước (8)
        • 1.1.1.2. Chất béo (8)
        • 1.1.1.3. Protein (9)
        • 1.1.1.4. Gluxit (11)
        • 1.1.1.5. Các muối (11)
        • 1.1.1.6. Các thành phần khác (12)
      • 1.1.2. Tính chất vật lý của sữa (14)
      • 1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của sữa (15)
      • 1.1.4. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong sữa (15)
      • 1.1.5. Tiêu chuẩn kỹ thuật lựa chọn nguyên liệu sản xuất (16)
    • 1.2. Tổng quan về công nghệ sấy (18)
      • 1.2.1. Định nghĩa (18)
      • 1.2.2. Mục đích của quá trình sấy (18)
      • 1.2.3. Nguyên lý của quá trình sấy (19)
      • 1.2.4. Phân loại sấy (19)
      • 1.2.5. Tác nhân sấy, phương thức sấy và chế độ sấy (21)
        • 1.2.5.1. Tác nhân sấy (21)
        • 1.2.5.2. Phương thức sấy (22)
        • 1.2.5.3. Chế độ sấy (22)
      • 1.2.6. Chọn phương án thiết kế (23)
      • 1.2.7. Thiết bị sấy phun (24)
      • 1.2.8. Những biến đổi của sữa trong quá trình sấy phun (30)
  • CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT (32)
    • 2.1. Lựa chọn quy trình công nghệ (32)
    • 2.2. Thuyết minh quy trình (33)
  • CHƯƠNG 3. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG (39)
    • 3.1. Các thông số ban đầu (39)
    • 3.2. Cân bằng vật chất (39)
      • 3.2.1. Tính trạng thái không khí ngoài trời (39)
        • 3.2.1.1. Lượng chứa ẩm (40)
        • 3.2.1.2. Entanpy của không khí ẩm (40)
        • 3.2.1.3. Thể tích riêng của không khí ẩm (40)
      • 3.2.2. Tính trạng thái không khí sau khi vào calorifer và đốt nóng đẳng ẩm (hàm ẩm không đổi) (41)
      • 3.2.3. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy (Entanpi không đổi) (41)
    • 3.3. Cân bằng vật liệu cho không khí sấy (43)
  • CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH (46)
    • 4.1. Vòi Phun (46)
    • 4.2. Buồng sấy (47)
      • 4.2.1. Đường kính buồng sấy (47)
      • 4.2.2. Xác định chiều cao của tháp sấy (49)
      • 4.2.3. Kiểm tra lại vận tốc của không khí đi trong tháp sấy so với lựa chọn (49)
      • 4.2.4. Xác định thời gian sấy (50)
      • 4.2.5. Thể tích buồng sấy (50)
      • 4.2.6. Tính bền cho thiết bị chính (50)
        • 4.2.6.1. Thân thiết bị (50)
        • 4.2.6.2. Đáy và nắp thiết bị (52)
  • CHƯƠNG 5. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG (53)
    • 5.1. Tính cân bằng nhiệt lượng (53)
      • 5.1.1. Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy (53)
      • 5.1.2. Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy (53)
    • 5.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết (53)
    • 5.3. Tổn thất nhiệt ở tháp sấy (55)
      • 5.3.1. Tính hệ số truyền nhiệt (55)
        • 5.3.1.1. Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong đến thành thiết bị α 1 (55)
        • 5.3.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt của tường môi trường xung quanh α 2 (58)
      • 5.3.2. Tính bề dày của lớp cách nhiệt (59)
      • 5.3.3. Tính diện tích bề mặt xung quanh máy sấy (61)
    • 5.4. Tính toán quá trình sấy thực tế (61)
      • 5.4.1. Sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế (61)
      • 5.4.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực (62)
  • CHƯƠNG 6. CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG (66)
    • 6.1. Chọn Calorifer (66)
    • 6.2. Chọn cyclon (66)
    • 6.3. Chọn quạt (66)
  • CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN (68)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (69)

Nội dung

Trang 14 Nếu sữa bị xử lý nhiệt độ cao và lưu ở nhiệt độ đó, nó trở nên có màunâu và có vị caramel, quá trình này gọi là caramel hóa và là kết quả của phảnứng giữa lactose và protein gọi

TỔNG QUAN VỀ SỮA VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

Tổng quan về sữa

Nguyên liệu chính để sản xuất sữa bột là tươi nguyên cream hoặc sữa gầy

Sữa tươi nguyên kem: sữa tươi nguyên kem dồi dào các chất dinh dưỡng như vitamin B1, vitamin D, canxi, photpho và hàm lượng chất béo là 3,5% Những dưỡng chất trên có hàm lượng cao hơn các loại sữa thông thường.

Sữa gầy là sữa đã qua quá trình tách béo, hàm lượng chất béo còn lại không quá 1% Để sản phẩm có chất lượng tốt, ổn định, sữa nguyên liệu phải đáp ứng các chỉ tiêu hóa lí, cảm quan và vi sinh theo TCVN7405_2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F12 Sữa và sản phẩm sữa biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

1.1.1 Thành phần hóa học của sữa

Trong sữa có một số thành phần như: lipit, gluxit, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác Trong các chất trên trừ nước và những chất bay hơi khi chế biến thì những chất còn lại gọi là chất khô của sữa Hàm lượng chất khô của sữa khoảng 10-20% tùy theo loại sữa, chất khô của sữa càng nhiều thì giá trị thực phẩm càng cao, nếu không kể đến lipit thì chất khô trong sữa gọi là chất khô không bé.

Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu tố khác.

Thành phần của các chất có trong sữa bò người ta đo được như sau:

Bảng 1: Hàm lượng các chất có trong sữa bò Thành phần % theo khối lượng

Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 87%/lit sữa. Phần lớn lượng nước ở trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng, người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi để chế biến thành sữa đặc, sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và dễ bảo quản hơn sữa tươi

Nước tồn tại ở 2 dạng: Nước tự do và nước liên kết

Nước tự do: chiếm 96-97% tổng lượng nước Nó có thể được tách trong quá trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hóa học với chất khô Khi bảo quản sữa bột, nước tự do 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 các thành phần nằm trong hệ keo: protein, các photphatide, polysaccharic Dạng đặc biệt của nước liên kết là nước kết tinh với lactoza dưới dạng C12H22O11.H2O.

Chất béo là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa Hàm lượng chất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng Có loại sữa ít béo, khoảng 3g trong 100ml sữa, có loại sữa nhiều chất béo khoảng 5-6g trong 100ml sữa Đối với sữa bò hàm lượng béo khoảng 3,9%

Chất béo của sữa dưới dạng những hạt hình cầu rất nhỏ Kích thước của những hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loài giống, tùy từng con vật, thời gian khác nhau trong thời kỳ tiết sữa … Các hạt chất béo kích thước lớn thì dễ tách ra khỏi sữa hơn là những hạt chất béo có kích thước nhỏ Khi để sữa yên lặng một thời gian, các hạt chất béo của sữa sẽ nổi lên trên mặt thành một lớp váng mỏng gọi là váng sữa

Trong thành phần chất béo của sữa có tới 20 loại acid béo khác nhau, trong đó 2/3 là acid béo no và còn lại là acid béo chưa no Trong số những acid béo trong sữa có khá nhiều acid béo dễ hòa tan trong nước (ví dụ acid caproic) Chất béo của sữa cũng dễ xảy ra những quá trình phân hủy làm thay đổi thành phần và tính chất như quá trình thủy phân, quá trình oxy hóa,… làm giảm dần chất lượng của sữa và nhiều khi làm hỏng sữa

Ngoài chất béo thuộc nhóm lipit của sữa còn có photphatit và một số chất khác nhưng hàm lượng không nhiều, photphatit có khoảng 0.5-0.7g trong một lít sữa, trong đó chủ yếu là lexitin.

Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất cửa sữa là protein Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong giới hạn 3.0-4.6% Riêng đối với sữa bò hàm lượng protein khoảng 3.3-3.5%

Các protein của sữa là những protein hoàn thiện Trong thành phần protein của sữa có đến 19 loại axit amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thay thế được như: valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan và lyzin

Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu : Casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12% và lactoglobulin chiếm 6% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể

Casein là nhóm protein chủ yếu trong protein của sữa Nó bao gồm nhiều loại casein khác nhau,  casein,  casein,  casein,  casein là thể phức hợp phosphoryl gồm có s1, s2, s3, s4, s5, s6 – casein -casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò nhưng lại là thứ yếu trong sữa người - casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trong thể mixen casein.Chính vì vậy mà mixen ở trạng thái ổn định.

Tổng quan về công nghệ sấy

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi Đối tượng của quá trình sấy là các vật ẩm, là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ Qua định nghĩa ta thấy sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm là:

Cấp nhiệt cho vật ẩm, làm cho ẩm trong vật hóa hơi

Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường

1.2.2 Mục đích của quá trình sấy

+ Làm giảm khối lượng của vật liệu (giảm công chuyên chở).

+ Tăng độ liên kết bề mặt và bảo quản được tốt hơn

+ Hạn chế được sự phát triển các vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa. + Tạo hình và tăng độ bền cho sản phẩm.

+ Tăng tính cảm quan cho sản phẩm

Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu Đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh để bảo đảm các yêu cầu về bảo quản, chế biến và vận chuyển.

1.2.3 Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu.

Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, môi trường không khí ẩm xung quanh nên ta xét 2 mặt của quá trình sấy là mặt tĩnh lực học và mặt động lực học.

Mặt tĩnh lực học: Tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìm được độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy và của tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần cho quá trình sấy.

Mặt động lực học: Tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình sấy như: tính chất cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp.

Sấy tự nhiên: là phương pháp sấy sử dụng nguồn năng lượng từ tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy triều, … điểm chung đều sử dụng nguồn nhiệt có sẵn làm bay hơi ẩm của vật liệu. Ưu điểm:

+ Đơn giản, đầu tư vốn ít, bề mặt trao đổi nhiệt lớn, dòng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000 W/m 2 ).

+ Phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên.

+ Khó thực hiện cơ giới hóa, chi phí lao động nhiều.

+ Nhiệt độ thấp nên cường độ sấy không cao.

+ Sản phẩm dễ bị ô nhiễm do bụi, sinh vật và vi sinh vật.

+ Chiếm diện tích mặt bằng sản xuất lớn.

+ Nhiều sản phẩm nếu sấy tự nhiên chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu.

Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm, phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao, thời gian lưu, độ ẩm vật liệu thấp hơn so với phương pháp sấy tự nhiên, tác nhân sấy thông dụng đó là khói lò và hơi nước bão hòa Dựa vào phương thức truyền nhiệt có thể chia ra các dạng sau:

+ Phương pháp sấy đối lưu: Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu bằng cách truyền nhiệt đối lưu.

+ Phương pháp sấy bức xạ (sấy bằng tia hồng ngoại): Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực hiện bằng tia bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy.

+ Phương pháp sấy tiếp xúc: Đây là phương pháp sấy gián tiếp qua vách ngăn, ở đây vật ngăn cách được gia nhiệt đến nhiệt độ sấy, tùy thuộc vào tính chất của vật liệu mà tiến hành nâng nhiệt độ theo yêu cầu, sau đó cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật với bề mặt nguồn nhiệt.

+ Phương pháp sấy bằng dòng điện cao tần: Nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật làm vật nóng lên.

+ Phương pháp sấy thăng hoa: Phương pháp này được thực hiện trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt độ rất thấp nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng. Ưu điểm:

+ Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên.

+ Kiểm soát được độ ẩm sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp.

+ Tốn ít mặt bằng, nhân công.

+ Tốn chi phí cho đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí năng lượng.

1.2.5 Tác nhân sấy, phương thức sấy và chế độ sấy

Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.

Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại.

Vì vậy nhiệm vụ của 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 do quá nhiệt.

Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các nhiệm vụ trên.

Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:

+ Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.

+Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không).

Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…

Các loại tác nhân sấy

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

Lựa chọn quy trình công nghệ

Xử lý Sấy Đồng hóa

Cô đặc Thanh trùng Sữa nguyên liệu

Hình 7: Sơ đồ quy trình sấy phun sữa bột

Thuyết minh quy trình

Nguyên liệu để sản xuất sữa bột là sữa tươi nguyên cream hoặc sữa gầy Để sản phẩm có chất lượng ổn định, các yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan cho nguyên liệu cũng rất khắt khe như trong nguyên liệu sản xuất các sản phẩm khác từ sữa

Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi hoặc sữa gầy, người ta còn sử dụng một số phụ gia trong sản xuất sữa bột như chất ổn định (polyphosphate hoặc orthophosphate của natri, kali ), chất tạo nhũ (lecithine), chất chống oxy hóa (gallat proyl ) Hàm lượng sử dụng sẽ phụ thuộc vào chất lượng béo có trong sữa nguyên liệu ban đầu và được xác định bằng phương pháp thực nghiệm.

Quá trình chuẩn hoá sữa nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong nguyên liệu và được thực hiện trên dây chuyền tự động bao gồm máy ly tâm, bộ phận phối trộn, các dụng cụ đo (lưu lượng kế, tỷ trọng kế …) bơm và thùng chứa Sữa bột nguyên cream có hàm lượng chất béo là 26-33%, sữa bột gầy có hàm lượng chất béo 1%.

Mục đích: nhằm làm giảm số VSV trong sữa đến mức thấp nhất, đồng thời làm vô hoạt các enzym, đặc biệt là nhóm enzym bền nhiệt lipase, làm thay đổi tính chất của prôtein Thanh trùng thường được thực hiện ở 80-85 oC trong vài giây Quá trình thanh trùng sữa được thực hiện trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng. Để tổng số vi khuẩn đạt được theo yêu cầu các nhà máy còn sử dụng thêm phương pháp ly tâm hoặc vi lọc để tách bớt các VSV ra khỏi sữa Quá trình ly tâm được thực hiện ở nhiệt độ 55-60 0 C Sau ly tâm tổng số vi khuẩn bị loại có khi lên đến 99% so với tổng số vi khuẩn ban đầu Số lượng các vi khuẩn sinh bào tử chịu nhiệt cũng giảm đi đáng kể như giống Clostridium. Tuy nhiên thanh trùng không thể loại bỏ hoàn toàn các vi khuẩn nhóm này.

Quỏ trỡnh vi lọc được thực hiện trờn thiết bị membrane (0,2à) Khi đú việc tách tế bào vi khuẩn và bào tử của nó giảm đi rất nhiều Quá trình vi lọc chỉ được thực hiện với nguyên liệu sữa gầy vì chất béo trong sữa dễ bị hấp phụ trên membrane, gây tắc nghẽn màng lọc Phần chất béo sẽ được tiệt trùng riêng sau đó làm nguội và phối trộn với sữa gầy đã qua vi lọc Phương pháp này cho phép thu nhận sữa nguyên liệu đạt các chỉ tiêu VSV rất tốt.

Thanh trùng còn nhằm mục đích tạo nhiệt độ cần thiết để khi đưa vào nồi cô đặc sữa có thể bốc hơi ngay, tránh sự chênh lệch nhiệt độ cao trong nồi chân không

Sau thanh trùng cần làm nguội tới nhiệt độ cô đặc 60 - 70 0 C Khi đã làm nguội đến nhiệt độ này người ta có thể đưa vào thùng trung gian rồi từ đó cho vào nồi cô đặc hoặc có thể cho trực tiếp vào nồi cô đặc

Quá trình thanh trùng thực phẩm thường bao gồm 3 giai đoạn:

+ Gia nhiệt tăng nhiệt độ thực phẩm lên đến nhiệt độ thanh trùng

+ Giữ thực phẩm ở nhiệt độ cần thanh trùng trong một khoảng thời gian xác định

+ Làm nguội thực phẩm về giá trị nhiệt độ thích hợp

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng

+ Hệ vi sinh vật trong thực phẩm: Nếu số lượng vi sinh vật càng lớn, để đạt được mức độ vô trùng theo yêu cầu thì chế độ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn.

+ Thành phần hóa học trong thực phẩm

+ Các tính chất vật lý của thực phẩm

+ Phương pháp và thiết bị thanh trùng

Mục đích: Cô đặc nhằm tách bớt một lượng nước ra khỏi sữa để tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy sữa tiếp theo Người ta dùng cô đặc chân không Cô đặc ở áp suất thường thì sản phẩm luôn luôn tiếp xúc với không khí nên luôn luôn bị nhiễm bẩn, các sinh tố và chất béo bị phân huỷ, sản phẩm bị biến tính (đặc sệt, có màu vàng sẫm ) Cô đặc ở áp suất chân không thì thường khắc phục được những nhược điểm trên vì thời gian cô đặc ngắn và nhiệt độ thấp nên tránh được các thay đổi sâu sắc về cấu trúc của sữa vốn xảy ra mãnh liệt ở 100 0 C, đặc biệt là tránh được sự biến đổi của đường lactose, do đó sản phẩm có chất lượng và màu sắc tốt.

Nhiệt độ sữa trong quá trình cô đặc không vượt quá 76 0 C Thiết bị cô đặc phổ biến nhất là thiết bị cô đặc nhiều cấp dạng màng rơi Số cấp sử dụng thường từ 2-7 cấp, thường gặp nhất là 4 cấp, sau cô đặc hàm lượng chất khô trong sữa là 45-55%.

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc bằng nhiệt:

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt:

- Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi gia nhiệt và nhiệt độ sôi của sữa: Nếu độ chênh lệch này càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn, để làm tăng mức chênh lệch trên thì ta giảm nhiệt độ sôi của sữa bằng phương pháp cô đặc trong môi trường chân không.

- Hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt

Trong quá trình bốc hơi, một số cấu tử trong sữa có thể bị bám dính trên bề mặt truyền nhiệt của thiết bị Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, một số phân tử protein sẽ bị biến tính; các hợp chất bị bám dính nói trên sẽ tương tác với nhau hoặc bị phân giải Kết quả là chúng tạo nên một lớp cháy khét và làm giảm tốc độ truyền nhiệt

- Hiện tượng màng biên: Lớp sữa tiếp xúc với bề mặt truyền nhiệt lớp màng biên trong thiết bị bốc hơi thường tạo ra một trở lực lớn trong quá trình truyền nhiệt

- Độ nhớt của nguyên liệu: nếu cao sẽ làm giảm chỉ số Râynol và tốc độ tuần hoàn của nguyên liệu trong thiết bị, do đó hệ số truyền nhiệt giảm

*Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình cô đặc:

- Hiện tượng tạo bọt: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và do sự xuất hiện các bong bóng hơi, một số cấu tử trong sữa như protein có khả năng tạo bọt, lớp bọt trong thiết bị cô đặc sẽ làm giảm tốc độ thoát hơi thứ ra khỏi sản phẩm.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG

Các thông số ban đầu

Năng suất theo sản phẩm sấy : G2 = 150 kg/h Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: W1 = 45% Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy : W2= 4%

Nhiệt độ môi trường: t0= 25 o C Độ ẩm môi trường: φ0 = 85%

Nhiệt độ tác nhân sấy vào: t1 = 170 0 C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 85 0 C

G1: Năng suất nhập liệu, kg/h

Ga: Năng suất bốc hơi ẩm, kg ẩm/h

Gk: Lượng không khí tiêu hao, kg kk/h

Cân bằng vật chất

Trong quá trình sấy hàm lượng chất khô trong nguyên liệu không thay đổi do vậy ta có:

Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy

3.2.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời

Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ

Chọn không khí vào calorifer có nhiệt độ to = 25 o C, o = 0.85

Với to = 25 o C thì Po = 0,0323 (at) (Bảng I.250/T312.[1])

Không khí vào thiết bị sấy có nhiệt độ là t1 = 170 o C, ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ là t2= 85 o C.

3.2.1.1 Lượng chứa ẩm do = 0,622 B − o P o o P o (kg ẩm/kg kkk) (CT VII.11/T95.[2])

- φ0: độ ẩm tương đối của không khí (độ ẩm môi trường)

- B: áp suất khí quyển, B = 1at

- P0: phân áp suất bão hòa của hơi nước.

Thay số vào ta có: do = 0,622 1 −0 0 , 85 0,0323 , 85 0,0323 = 0,018(kg ẩm/kg kkk)

3.2.1.2 Entanpy của không khí ẩm

Io = Cpkto + do( r + Cpato) (KJ/kg kkk) (CT 2.24/T29.[6])

- Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 (KJ/kg 0 K)

- Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 (KJ/kg 0 K)

- r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 (KJ/kg)

Thay số vào ta có:

Io = 1,00425 + ( 2500 + 1,84225 )0,018 = 70,9 (kj/kg kk khô)

3.2.1.3 Thể tích riêng của không khí ẩm

- R: Hằng số khí, R = 8314 (J/kmol.độ)

- M: Khối lượng không khí, M = 29 (kg/kmol)

- Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí (N/m 2 ).

Thay số vào ta có:

3.2.2 Tính trạng thái không khí sau khi vào calorifer và đốt nóng đẳng ẩm (hàm ẩm không đổi)

Không khí vào calorifer được đốt nóng đến t1 = 170 o C thì Pb1=8,08 (Bảng I.250/T312.[1]) d1 = do = 0,018 (kg ẩm/kg kk khô) Độ ẩm tương đối của không khí

Entanpy của không khí ẩm

Thể tích riêng của không khí ẩm v 1 = 288 ×T 1

3.2.3 Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy (Entanpi không đổi) t2= 85 o C, I1=I2= 221,31 (kj/kg kkk)

Phân áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ

Nhiệt lượng riêng của không khí khi đưa vào caloriphe bằng nhiệt lượng riêng của không khí khi ra khỏi caloriphe:

Do vậy độ chứa hơi d2 = I 2−1,004 t 2

2500+ 1,84285 =¿0,051 (kg ẩm/kg kkk) Lượng không khí tiêu hao riêng l = d 2−d 1 1 = 1

0,051−0,018 =¿ 30,3 (kg kkk/kg ẩm) (CT 5.8/T58 [7]) Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy

Gk= lGa 0,3 111,81 = 3387,84 (kg kkk/h) Độ ẩm tương đối của không khí

Thể tích riêng của không khí ẩm: v 2 = 288 ×T 2

Thể tích không khí vào và ra khỏi thiết bị sấy

Trong đó 1,2 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t1, t2

Lưu lượng không khí khô chuyển động trong tháp sấy phun

Lưu lượng không khí thực chuyển động trong tháp sấy bao gồm lượng không khí khô và lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu sấy:

Tính nhiệt độ điểm sương:=1

Tại nhiệt độ điểm sương ta có:

Pbh= 0,622 d 2 +d P 2 = 0,051× 0,622+ 0,051 0.981 =0,074 Tra bảng I.251 trang 314 Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1 ta có:

Khoảng chênh lệch nhiệt độ t=t2ts40E o C => các thông số đã chọn về tác nhân sấy là chấp nhận được.

Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất trong quá trình sấy.

- d1: Lượng ẩm không khí khô mang theo vào phòng sấy

- d2: Lượng ẩm trong không khí khô còn lại sau khi sấy

- Phương trình cân bằng ẩm: L.d1 + Ga = L.d2

Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy

Ta có tại t0 = 25 0 thì ρ = 0,02304 kg/cm 3 (Bảng I.250, T312,[1])

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào calorifer

Lượng không khí cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu l = d 2−d 1 1 = 1

0,051−0,018 = 30 , 3 (kg kk khô/kg ẩm) Lượng vật liệu khô tuyệt đối

100 &1,81 × 100 100 − 45 3 , 99 (kg/h) Nhiệt độ trung bình của dòng khí lưu chuyển trong thiết bị sấy

2 = 127 , 5 0 C suy ra ρtb=1,395(kg/m 3 ) Lưu lượng không khí lưu chuyển qua thiết bị sấy

Bảng 4: Bảng tổng kết cho vật liệu sấy Đại lượng Giá trị

G1: Khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h ) 261 , 81 (kg/h)

G2: Khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h ) 150 (kg/h) G: Lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h ) 143,99 (kg/h) w 1:Độ ẩm vật liệu vào (%) 45% w 2: Độ ẩm vật liệu ra (%) 4%

W: Lượng ẩm được tách ra (%) 111,81 (kg/h) l: Lượng không khí khô để bốc hơi 1 kg ẩm (kg kkk/kg ẩm)

L : Lượng không khí khô bốc hơi W kg ẩm (kg kkk/h) 3387,84(kg kkk/h)

Bảng 5: Bảng tổng kết cho tác nhân sấy t o ( 0 C) d

Sau khi ra khỏi calorife 170 0 C 0,018 0,348 221,31Sau khi ra khỏi buồng sấy 85 0 C 0,051 12,8 221,31

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Vòi Phun

Đường kính trung bình của giọt vật liệu được tính theo công thức

Trong đó:b hệ số phụ thuộc cấu tạo của vòi phun b = d c

2 ( 1− √ 1−cos α 2 ) = 2 ×cos 10 −3 50 2 ( 1− √ 1−cos 50 2 ) ¿ 0 , 38 ×10 −3 (m) Chuẩn số Reynolds

- l độ nhớt của dịch sữa đưa vào sấy; l = 30  10 -3 (Pa.s) Thay số vào ta có :

Buồng sấy

- Bán kính tán phun được xác định theo công thức

(T291, [10]) Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy t tb = t 1 + t 2

2 7 , 5 0 C Suy ra độ nhớt υ = 25,7.10 -6 (m/s 2 ) (bảng I.255/T318, [1]) Trong đó:

Rp: bán kính tán phun, m

: vận tốc dòng khí chuyển động trong thiết bị, m/s r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, kj/kg ; r = 2150 kj/kg

C1, C2: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở nhiệt độ t1, t2, kj/kg độ

C1= 1500 (kj/kg độ) , C2 = 31 (kj/kg độ)

Ctb: nhiệt dung riêng trung bình, Ctb= 1013 (kj/kg độ)

: độ nhớt của không khí,  = 25,710 -6 (m 2 /s)(bảng I.255/T318, [1]) dtb: kích thước trung bình của sản phẩm dtb = 2 , 24 ×10 −4 (m)

1 là khối lượng riêng của dịch sữa đưa vào sấy, 132 kg/m 3

k là khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc k=0,87 kg/m 3 Thay số vào ta có:

Rp = dtb 1924 , 4 = 2,24 x 10 -4  1924 , 4 = 0,43 (m) Đường kính buồng sấy DT =3 x Rp

4.2.2 Xác định chiều cao của tháp sấy

Chiều cao hữu hiệu của tháp sấy được xác định theo công thức:

Tư ; nhiệt độ bầu ướt , Tư = 54 o C (tra từ giản đồ không khí ẩm)

 ; độ nhớt của không khí,  = 34,85*10 -6 (m 2 /s)

 ; hệ số dẫn nhiệt của không khí,  = 3,4*10 -2 ( w/m 2 độ) dmax ; kích thước lớn nhất của hạt sản phẩm , dmax = 2 dtb = 4,4810 -4 (m)

Chọn chiều cao của tháp là HT = 3,5 (m) ,gồm 2 phần; phần thân hình trụ cao 2,5 (m) phần đáy côn có chiều cao là 1 (m).

4.2.3 Kiểm tra lại vận tốc của không khí đi trong tháp sấy so với lựa chọn ban đầu

Tiết diện của buồng sấy( Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy)

Vận tốc khí được xác định theo công thức: ω= V k

Chênh lệch so với lựa chọn ban đầu: | 0 , 41 − 0 , 38 |

0 , 38 × 100 % = 7 %nằm trong giới hạn cho phép vậy lựa chọn ban đầu là hợp lý

4.2.4 Xác định thời gian sấy t s =H T ω h

h: tốc độ của hạt sản phẩm rơi trong thiết bị, xem h =  = 0,38 (m/s). Vậy thời gian sấy vật liệu ts = 0 3 , ,5 38 = 9 , 21 ( s )

4.2.6 Tính bền cho thiết bị chính

Chiều cao phần trụ của thân: H = 2,5 (m) Đường kính thiết bị: D = 1,5 (m)

Vật liệu chế tạo: Thép không rỉ X18H10T

Các thông số của thép X18H10T (Bảng XII.4/310, [2]) Khối lượng riêng của thép: ρ = 7,9 (kg/m 3 )

Giới hạn bền kéo: σ k T0.1 0 6 (N/m 2 ) Giới hạn bền chảy: σ c "0.1 0 6 (N/m 2 )

Với đường kính D ≥700 mm thì hệ số bền mối hàn φ h =0 , 95

Hệ số hiệu chỉnh η=1 (Bảng XIII.2, [356, 2]) Ứng suất cho phép giới hạn bền:

2, 6 = 208 × 1 0 6 ( N / m 2 )(CTXIII.1, [355,2]) Ứng suất cho phép giới hạn chảy:

9 , 81 ×1 0 4 ×0,951424 >50 do đó có thể bỏ qua p ở mẫu số

- Trong đó: n k và n c là hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo, giới hạn bền chảy (Bảng XIII.3/tr 356, [2]).

- Do đó bề dày thiết bị được tính theo công thức (XIII.8, [360, 2])

D: đường kính trong thiết bị, D= 1,5m φ h : hệ số bền mối hàn, φ h = 0.95

P: áp suất trong thiết bị. Đại lượng bổ sung được tính theo công thức:

C1: hệ số bổ sung do ăn mòn C1 = 1 (mm) (Bảng XII.1, [305, 2])

C2: hệ số bổ sung do bào mòn của môi trường Do trong thiết bị không có các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn nên bỏ qua C2.

C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày Đối với thép X18H10T, chọn C = 0,18 (mm) (Bảng XIII.9/364, [2])

- Bề dày thực tháp sấy

- Kiểm tra bề dày của tháp sấy σ =[ D + ( S − C ) ] × P 0

Pth: áp suất thử thủy lực, Pth = 0,2.10 6 (N/m 2 ) (Bảng XIII.5/358, [2])

P1: áp suất thủy tĩnh của nước.

Vậy bề dày của tháp sấy là 4 (mm).

4.2.6.2 Đáy và nắp thiết bị

Chiều dày của đáy và nắp chọn bằng chiều dày thân, S = 4 (mm).

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Tính cân bằng nhiệt lượng

- tvl1: Nhiệt độ vật liệu trước khi vào sấy, tvl1 = tmt= 25 0 C

- tvl2: Nhiệt độ vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy, tvl2 = t2 – (5÷10 0 C)= 85-8 = 77 0 C

- Cvl: Nhiệt dung riêng của vật liệu, (kJ/kg 0 K), coi như không đổi trước và sau khi sấy: Cvl1 = Cvl2 = Cvl

Cvl = Ck×(1 – w2) + Cn× w2 (kJ/kg 0 K)

- Ck: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối, Ck = 3,95 KJ/kg 0 K (Tra bảng I.175/T182, [1])

- Cn: Nhiệt dung riêng của nước, (kJ/kg 0 K), Cn = 4,18 (kJ/kg 0 K)

5.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: L.I0 (J/s) trong đó I0 là nhiệt hàm của không khí trước khi vào calorifer sưởi (J/kg kkk)

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được từ calorifer sưởi cung cấp:

- Nhiệt lượng do vật liêu sấy mang vào: ((G1 – W)× Cvl + W×Cn)× tvl1

5.1.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy

- Nhiệt lượng tổn thất do không khí thải mang đi: L×I2 (J/s) trong đó I2 là nhiệt hàm của không khí sau khi ra khỏi phòng sấy (J/kg kkk)

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2×Cvl×tvl2

- Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: Qm

Tính toán quá trình sấy lý thuyết

Phương trình cân bằng nhiệt lượng

Gk×I0 + Gk× (I1 – I0) + ((G1 – W)× Cvl + W×Cn) ×tvl1 = Gk×I2 + G2×Cvl×tvl2+ Qm

 Gk× (I1 – I0) = Gk× (I2 – I0) + G2×Cvl×tvl2 – G2×Cvl×tvl1 – W×Cn×tvl1 + Qm

Nhiệt lượng tiêu hao chung cho quá trình sấy thực:

Q = Gk× (I1 – I0) = Gk× (I2 – I0) + G2×Cvl× (tvl2 - tvl1) - W×Cn×tvl1 + Qm Đặt: Qvl = G2×Cvl× (tvl2 - tvl1) gọi là nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy

Q = Gk×(I1 – I0) = Gk× (I2 – I0) + Qvl - W×Cn×tvl1 + Qm

Chia cả hai vế của phương trình cho W ta có:

Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần thiết để làm tiêu hao 1kg ẩm): q = l×(I1 – I0 ) = l×(I2 – I0 ) + qvl – Cn×tvl1 + qm

- l×(I2 – I0 ) là nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm.

W là nhiệt lượng tiêu tốn riêng để đốt nóng vật liệu sấy từ tvl1 đến tvl2 q vl = Q vl

- Cn × tvl1 là nhiệt lượng của một kg ẩm trên vật liệu mang vào

Cn × tvl1 = 4,18  25 = 104.5 (KJ/kg ẩm)

Ga là nhiệt lượng mất mát riêng ra môi trường chung quanh Đặt △= Cn tvl1 -qm - qvl : gọi là nhiệt lượng bổ sung cho quá trình sấy thựcNhiệt lượng tiêu hao riêng q = l× (I1 – I0) = l× (I2 – I0) - 

Với quá trình sấy lý thuyết:  = 0

Nhiệt lượng tiêu hao chung

Nhiệt lượng tiêu hao riêng q = Q

Tổn thất nhiệt ở tháp sấy

- F: Diện tích bề mặt xung quanh máy sấy

-  t : Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môitrường xung quanh

5.3.1 Tính hệ số truyền nhiệt

1 : Hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong đến thành thiết bị

2 : Hệ số cấp nhiệt của tường ra môi trường xung quanh

5.3.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong đến thành thiết bị α 1

- α ' : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/m 2 độ)

- α 1 '' : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/m 2 độ)

- K: Hệ số điều chỉnh tính đến độ nhám, k =1,25 a, Tính α 1 ’

Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành mấy sấy do đối lưu cưỡng bức theo công thức: α 1 ' = Nu× λ

Xác định chỉ số Nuyxen

Nu = 0,018 × Re 0,8 × ɛ1 (CT V.42/T16, [2]) Trong đó:

+ ɛ1 là hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều cao H và đường kính D của ống

+ Re là chuẩn số Reynolds

- D là đường kính tháp phun, D = 1, 5 (m)

- : là độ nhớt không khí, υ = 25,7.10 -6 (m/s 2 ) (bảng I.255/T318, [1]) Với= 25,7× 10 -6 (m/s 2 ) ,  =0 ,38 m/s , D = 1, 5(m) ta có:

 Hệ số cấp nhiệt α 1 '= Nu× λ

Xác định hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên theo công thức : α 1 = {Nu×λ} over {D

 Xác định chỉ số Nuyxen

-  : Hệ số giãn nở thể tích.

-  t : Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra.

- t2 là nhiệt độ tác nhân sấy ra t2= 85 0 C

- D là đường kính của buồng sấy D= 1,5 (m)

 Hệ số cấp nhiệt α 1 = {0,032 × 154,9} over {1,5} =3, (W/m 2 độ)

5.3.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt của tường môi trường xung quanh α 2

-  2 ' : Hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.

-  2 '' : Hệ số cấp nhiệt do bức xạ. a, Tính α 2 ’

Xác định hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên theo côngthức: α 2 ' = Nu× λ

Hệ số cấp nhiệt từ ngoài thành thiết bị đến môi trường xung quanh Giả sử nhiệt độ của không khí trong phân xưởng là tk = 28 0 C Nhiệt độ của lớp thép bảo vệ ngoài thành thiết bị là tn = 60 o C ttb= t k + t n

2 =¿ 44 o C Ở nhiệt độ này ta có:  = 2,78*10 -2 (W/m.độ)

 Xác định chỉ số Nuyxen:

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ

-  n : là mức độ đen của vật, với hệ thống bằng thép chọn  n = 0,85

- Co : là hệ số cấp nhiệt của vật đen tuyệt đối, chọn Co = 5,7

- T1 : nhiệt độ tường ngoài tiếp xúc không khí

T2 = to + 273 = 25 + 273 = 298 0 C Thay vào ta có : α2”= 0,85 × 5,7 × (( 333 100 ) 4 – ( 298 100 ) 4 )/(333-298)) = 6,11 (W/m 2 độ )

Hệ số cấp nhiệt từ bề ngoài thiết bị vào không khí α2 = α2’+α2”= 2, 86+6,11= 8,97 (W/m 2 độ )

5.3.2 Tính bề dày của lớp cách nhiệt

Chọn vật liệu cách nhiệt cho tháp là bông thủy tinh, hệ số dẫn nhiệt là

2=0,037 (W/m độ) Bề dày của lớp cách nhiệt là b2

Bề dày thiết bị là b1 = 5 (mm), bề dày lớp vỏ bảo vệ là b3 = 1 (mm), làm bằng vật liệu là thép không rỉ có 1 = 3 = 21,2 (W/m độ).

D tb là đường kính trung bình của thiết bị khi kể cả lớp cách nhiệt

Lượng nhiệt truyền từ trong tháp do cấp nhiệt: q =  × D× 1× (ttb –t2) = 3,14 × 1,5× 6,125× (127,585)= 1226,07 (W/m) (2)

Trong đó : tw1, tw2: nhiệt độ bên trong và bên ngoài thành thiết bị xem tw1 ~ tw2 85 o C tw3, tw4: nhiệt độ bề trong và bề ngoài lớp vỏ bảo vệ xem tw3 ~ tw4 60 o C

 Hệ số truyền nhiệt tổng quát từ trong lòng thiết bị ra môi trường xung quanh:

5.3.3 Tính diện tích bề mặt xung quanh máy sấy

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh

4 = 18,5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh

Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi trường trong thiết bị và môi trường xung quanh :

102, 5 = 122,5 o C Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh tính theo 1 kg ẩm

Qmt = K × F × tln = 2,69 × 18,5 × 122,5 = 6096,21(kJ/h) qmt = Q mt

Tính toán quá trình sấy thực tế

5.4.1 Sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế

Nhiệt lượng bổ sung thực tế

Ta thấy rằng < 0, như vậy quá trình sấy cần bù thêm nhiệt đun nóng và nhiệt mất do sản phẩm mang ra Do vậy mà quá trình sấy thực tế sẽ khác với quá trình sấy lý thuyết mà cụ thể là lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực sẽ lớn hơn quá trình sấy lí thuyết.

5.4.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

- Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước khi sấy

- Lượng ẩm chứa d2 của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực i2 = 2500 + 1,842  t2 (CT 7.32/T138, [6])

- Enthapi của không khí ẩm

- Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực tế l’= d 2−d 1 1 = 1

- Lượng tác nhân sấy thực tế

- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá 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 do tác nhân sấy mang đi q2= l’×Cdx(d1)×(t2-t0) = 31,52×1,0371×(8525)61,36 (kj/kg ẩm)

- Tổng nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tổn thất m v q q q q q ;  1  2   = 2552 +1961,36 + 54,53 + 50,9565F18,84(kJ/kg ẩm)

Về nguyên tắc, nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và nhiệt lượng tổn thất phải bằng nhau Nhưng do nhều lý do, có thể trong quá trình tính toán đã làm tròn số nên đã gây ra những sai số.

Sai số này là cho phép trong tính toán

 Các thông số lựa chọn là chính xác.

Bảng 6: Tổng kết tính toán cân bằng nhiệt lượng

1 Lưu lượng tác nhân sấy thực tế L’ 3524,25 Kg kk/h

2 Nhiệt lượng tiêu hao riêng q 4740,92 kJ/ kg ẩm

3 Nhiệt lượng bổ sung thực tế  0,9865 kJ/ kg ẩm

4 Nhiệt lượng có ích q 1 2552 kJ/ kg ẩm

5 Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy q 2 1961,36 kJ/ kg ẩm

6 Tổn thất nhiệt do vật liệu q v 50,9565 kJ/ kg ẩm

7 Tổn thất nhiệt ra môi trường q m 54,53 kJ/ kg ẩm

8 Tổng nhiêt lượng có ích và tổn thất q ' 4618,84 kJ/ kg ẩm

9 Sai số tính toán  q 122,08 kJ/ kg ẩm

CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

Chọn Calorifer

Calorifer dùng trong 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 đi trong ống và không khí chuyển động bên ngoài ống.Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường t1= t0 25 0 C

Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t2 0 0 C

Chọn cyclon

Do yêu cầu về chất lượng của sữa sau khi sấy cũng như khí thải ra môi trường nên người ta sử dụng tác nhân sấy là không khí nóng Trong quá trình sấy, không khí chuyển động ở buồng sấy với vận tốc lớn nên một phần sữa sẽ theo không khí ra ngoài Để thu hồi lượng sữa bị thất thoát và làm sạch không khí trước khi thải ra ngoài môi trường cần phải đặt xyclon ở đường ra của không khí nóng.

Chọn quạt

Trong hệ thống sấy, chúng ta cần sử dụng quạt để tạo ra áp suất động để di chuyển không khí vào hệ thống và một phần khắc phục trở lực đường ống.

- 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.

Ngày đăng: 17/01/2024, 15:39

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w