Để tính toán được các vấn đề về cân bằng năng lượng, cân bằng vật chất cần phảitra các thông số cần thiết dựa trên nguyên liệu được chỉ định là lúa mì, các thông sốcủa tác nhân sấy và cá
TỔNG QUAN
Tổng quan về nguyên liệu
1.1.1.Giới thiệu về cây lúa mì
Lúa mì là một loại ngũ cốc thuộc họ cỏ, đã được thuần hóa từ vùng Levant và được trồng phổ biến trên khắp thế giới Hạt lúa mì có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều carbohydrate, protein, chất xơ và vitamin Hạt lúa mì được sử dụng để làm bột mì, một nguyên liệu thiết yếu trong làm bánh mì, bánh ngọt và nhiều loại thực phẩm khác.
Thương mại về lúa mì trên thế giới lớn hơn tất cả các loài cây trồng khác gộp lại Cùng với gạo, lúa mì là thực phẩm thiết yếu, được ưa thích trên thế giới [1] Ở Việt Nam, do không trồng được lúa mì nên các doanh nghiệp sẽ nhập khẩu lúa mì từ nước ngoài về để sản xuất thành bột mì và cung ứng cho thị trường trong nước lẫn quốc tế Hiện nay, chúng ta dễ dàng tìm mua các loại bột mì ở các cửa hàng bán nguyên liệu làm bánh, tiệm tạp hoá, chợ, siêu thị với giá thành hợp lý Để bảo quản bột mì được tốt nên dùng lọ thuỷ tinh đựng và để nơi khô ráo, không ẩm ướt và tránh ánh nắng trực tiếp.
1.2.2.Tính chất và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu lúa mì
Hạt lúa mì có dạng hình cầu, elip, màu nâu nhạt đến nâu
Các thông số vật lý cơ bản của hạt lúa mì:
- Kích thước hạt: dày 1,5÷3,8 mm, rộng 1,6÷4mm, dài 4,2÷8,6mm [2].
- Carbonhydrat Giống như các loại ngũ cốc khác, lúa mì chủ yếu gồm tinh bột Tinh bột chiếm 90% hàm lượng carbohydrat có trong lúa mì[1]
Tinh bột, dexltrin, cellulose, pentosans và các loại đường, tạo nên hàm lượng carbohydrat của lúa mì Dexltrin chiếm 1-5% carbohydrat của bột mì Bột mì có hàm lượng dexltrin càng cao thì càng kém liên kết với nước[1]
Lúa mì nguyên hạt chứa nhiều chất xơ Trong quá trình xay xát hầu hết chất xơ trong lúa mì là cellulose bị loại bỏ và pentosans cũng bị loại bỏ Hàm lượng chất xơ có trong lúa mì nguyên hạt chứa từ 12 - 15% khối lượng khô [1].
Protein trong lúa mì chứa lượng lớn albumin, globulin, glutenin và gliandin Hai loại protein chính là glutenin và gliandin không hòa tan trong nước mà trương nở khi tiếp xúc với tạo thành gluten Thành phần hóa học của gluten cũng phụ thuộc vào giống và chất lượng của lúa mì.
- Chất béo Hàm lượng chất béo trong protein chiếm hàm lượng rất nhỏ Chủ yếu tập trung ở cám và phôi của hạt lúa mì Chất béo chia làm 2 loại là lipid có cực và lipid không cực
+ Lipid có cực: giúp tăng cường kết nối giữa glutenin – tinh bột – gliadin, từ đó hỗ trợ các protein hình thành gluten
+ Lipid không cực: bao phủ protein, từ đó hạn chế sự tiếp xúc của protein với nước khiến gluten không thể hình thành [1].
- Vitamin và các khoáng chất Lúa mì nguyên hạt là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều vitamin và khoáng chất bao gồm Se, Mn, P, Cu và folate (vitamin B9) [1].
1.1.3.Tiêu chuẩn của bột mì 1.1.3.1.Các chỉ tiêu chất lượng - Phần chung
Bột mì và các thành phần bổ sung vào đều phải sạch, vệ sinh và phù hợp với chất lượng thực phẩm [3].
Toàn bộ quá trình chế biến hạt lúa mì bao gồm: sấy, nghiền và cách xử lý khác, các sản phẩm nghiền trung gian và bột nghiền đều phải được thực hiện như sau:
(a) Giảm độ mất mát tổn thất giá trị dinh dưỡng đến mức tối thiểu;
(b) Tránh các thay đổi không mong muốn về các đặc tính công nghệ của bột [3].
1.1.3.2.Các chỉ tiêu chất lượng - Phần đặc trưng
Bột mì phải tuân thủ các yêu cầu sau đây: Độ tro - Nếu cần phải xác định độ tro thì phải tiến hành theo phương pháp trình bày trong tập 13 của Codex Alimentarius [3]. Độ axit của các axit béo không quá 50 mg KOH cần để trung hoà axit béo tự do trong 100 g bột tính theo chất khô[3].
Theo các quy định trong tiêu chuẩn GMP, hàm lượng protein trong sản phẩm phải đạt tối thiểu 7,0% tính trên chất khô Đồng thời, độ ẩm của sản phẩm cũng được kiểm soát chặt chẽ, không được vượt quá 15,5% theo tỷ lệ khối lượng/khối lượng.
1.1.3.3.Các thành phần không bắt buộc
Các thành phần sau đây có thể được thêm vào bột mì với số lượng cần thiết vì các mục đích công nghệ:
- Các sản phẩm malt có hoạt tính enzyme vốn được sản xuất từ hạt lúa mì, hạt mạch đen hay từ hạt đại mạch.
- Gluten tươi - Bột đậu tương hay bột đậu khác có chất lượng thực phẩm thích hợp.
Các chất dinh dưỡng: Việc thêm các vitamin, các chất khoáng hoặc các axit amin đặc hiệu phải phù hợp với pháp luật của nước tiêu thụ sản phẩm [3].
Cỡ hạt: Bột mì không nhỏ hơn 98% lượng bột lọt qua rây có kích thước lỗ 212 milimicron [3].
1.1.4.Ứng dụng của bột mì trong công nghiệp thực phẩm
- Bột mì đa dụng (bột mì thường/all purpose flour) Bột mì đa dụng còn được gọi là bột mì thường (all purpose flour) Loại bột này có lượng gluten cao, có tính đa dụng nên thích hợp làm được tất cả các loại bánh.
Trong đó, loại bột này được sử dụng nhiều để làm bánh mì, bánh quy, bánh gato, bánh ngọt,…[4]
- Bột mì số 8 (Cake flour)
Bột mì số 8, còn được gọi là cake flour, là loại bột có hàm lượng protein thấp, nên khi chạm vào sẽ có cảm giác mịn và có màu trắng Loại bột này thường được sử dụng trong các công thức làm bánh bông lan, cupcake,…
- Bột mì số 11 (bột mì cứng/bột bánh mì/bread flour) Bread flour (bột mì số 11) còn được gọi với nhiều tên gọi khác như bột bánh mì, bột mì cứng, bột cái cân,…Loại bột này có đặc điểm là hàm lượng gluten cao, dùng nhiều trong làm các loại bánh kết cấu chắc – giòn – dai Bread Flour thích hợp làm các loại bánh cứng – chắc [4].
Bột mì số 11 được ứng dụng nhiều trong làm bánh mì, bánh tart, bánh pizza, bánh donut,…Các loại bánh sử dụng bột mì số 11 thường kết hợp thêm với bột nở giúp bánh có thể tích lớn, nở xốp [4]
- Self-raising flour Self-rising flour là loại bột mì được pha sẵn với muối và baking powder Loại bột này thường có tính ứng dụng không nhiều, sử dụng phổ biến trong làm cookie [4].
- High – gluten flour High-gluten flour là loại bột gần giống với bột mì số 11 nhưng có độ cứng hơn.
Vì vậy, loại bột này thường ứng dụng trong làm đế bánh pizza hoặc bagel [4].
- Pastry FlourPastry Flour là loại bột có hàm lượng protein thấp (tuy nhiên vẫn cao hơn cake flour) Loại bột này có màu trắng tinh thường được dùng để làm phần bên ngoài của bánh quy, cookie, tart, muffins [4].
Tổng quan về phương pháp sấy
1.2.1.Khái niệm quá trình sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Qúa trình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng mặt trời, nằn lượng gió, Dùng phương pháp này thì đỡ tốn nhiệt nằng những không chủ dộng điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp… Bởi vậy trong các ngành công nghiệp người ta thường tiến hành sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra) [5].
Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian [5].
1.2.2.Các biến đổi của quá trình sấy
Biến đổi vật lý: thể tích, khối lượng riêng tăng, giảm khối lượng do nước bay hơi.
Biến đổi hóa lý: khuếch tán ẩm Trong giai đoạn đầu, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài nguyên liệu vào bên trong nguyên liệu do giãn nở vì nhiệt Đây là sự dời ẩm gây lên sự chêch lệch nhiệt độ các thành phần khác nhau của nguyên liệu sấy [6].
Biến đổi hóa học: tốc độ phản ứng hóa học tăng lên Do nhiệt độ nguyên liệu tăng như phản ứng oxy hóa khử Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước bị giảm dần Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy [6].
Biến đổi sinh hóa là giai đoạn đầu của quá trình sấy, khi nhiệt độ tăng dần và chậm sẽ kích hoạt mạnh các hệ enzim oxy hóa khử, ảnh hưởng xấu đến nguyên liệu Trong suốt quá trình sấy, hoạt tính của enzim giảm dần do lượng nước giảm Ở giai đoạn cuối, enzim oxy hóa khử vẫn tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản Sau một thời gian, khả năng hoạt động của enzim có thể được phục hồi.
Biến đổi sinh học: cấu tạo tế bào thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết Do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và nước [6].
Biến đổi cảm quan: màu sắc tố bị giảm do tác dụng của nhiệt độ Có màu thẩm, màu nâu đỏ do phản ứng caramel hóa, phản ứng melanodin và oxy hóa các phenol Do ẩm giảm nên nồng độ các chất gia vị tăng lên nhất là vị ngọt và vị mặn Một số chất thơm bay theo ẩm và do nhiệt độ bị phân hủy gây tổn thất chất thơm [6].
1.2.3.Phân loại thiết bị sấy
Do điều kiện sấy trong mỗi trương hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra có các thiết bị sấy bằng các phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa,sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần [5].
Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.
Dựa vào phương án cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ…[5]
Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…[5]
Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, ngược chiều, giao chiều [5].
1.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…việc nâng cao nhiệt độ sẽ lầm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa và huỷ hoại nguyên liệu [6].
Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của thực phẩm [6]. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại dẫn đến sự thối rữa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh [6]. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô độ ẩm của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại [6]. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cháy [6]. Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tuỳ vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến các thành phần hoá học của nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, vitamin, kết cấu tổ chức chắc hay lỏng lẻo [6].
1.2.5 Nguyên lý thiết kế hệ thống sấy
Yêu cầu thiết bị sấy là phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ảm của tác nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng và dễ sử dụng [2].
Khi thiết kế thiết bị sấy cần co những số liệu cần thiết: loại vật liệu cần sấy (rắn, nhão, lỏng…), năng suất, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy [2].
Hệ thống sấy khí động thích hợp để xử lý các vật liệu dạng hạt nhẹ, trong đó độ ẩm chủ yếu tập trung trên bề mặt Trong quá trình sấy khí động, tốc độ của tác nhân sấy phải lớn hơn tốc độ lơ lửng của hạt để đảm bảo hiệu quả làm khô.
Có nhiều dạng hệ thống sấy thổi khí Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể là một ống tròn hoặc phễu, trong đó tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt-ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa vật liệu sấy đi từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy Do đó, vật liệu sấy trong hệ thống sấy này thường là dạng hạt hoặc các mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi thường là ẩm bề mặt [2]
1.2.6 Ứng dụng của quá trình sấy
Tổng quan về thiết bị sấy khí thổi
Máy sấy bằng khí thổi thuộc loại máy sấy đối lưu với vật liệu được vận chuyển.
Máy sấy khí thổi dùng để sấy các vật liệu dạng hạt hay tinh thể dễ tách ẩm [5].
Vật liệu sấy được cấp vào phễu tiếp liệu, nhờ cơ cấu định lượng cấp vào ống sấy, gặp tác nhân sấy do quạt thổi qua caloriphe, được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết rồi thổi vào ống sấy cao từ 10 ÷ 20m với vận tốc cần thiết phụ thuộc vào kích thước, khối lượng riêng của vậy liệu sấy và thường bằng 10 ÷ 20m/s Vật liệu bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên và được sấy khô, phía trên ống sấy vật liệu sấy được thổi vào bộ phận giảm vận tốc để rơi vào cyclon được tách ra khỏi dòng khí thải.
Vật liệu khô lắng xuống đáy của cyclon Khí thải kéo theo một ít bụi vật liệu khô theo ống trung tâm xuống cyclon vào thiết bị lọc túi để tách nốt lượng bụi đó còn khí thải ra ngoài [5].
Bụi bám bám vào tay áo của bộ lọc bụi sẽ rơi cách quãng vào phễu hình nón bên trong cyclone Sau đó, hệ thống tháo liệu sẽ loại bỏ bụi ra khỏi cyclone.
1.3.3.Các thiết bị và chi tiết
Thiết bị chủ yếu của hệ thống sấy khí động gồm phễu chứa nguyên liệu, bộ phận cấp liệu, ống sấy, cyclon, quạt Tác nhân sấy có tốc độ cao đi vào một đầu ống sấy và kẹo theo dòng vật chất cần sấy từ bộ phận cấp liệu Quá trình trao đổi nhiệt ẩm được tiến hành giữa dòng vật liệu sấy cùng chuyển động với dòng tác nhân sấy từ đầu này đến đầu kia của một ống hình trụ tròn Vì vậy hệ thống sấy khí thổi còn gọi là hệ thống sấy ống [2]
Thiết bị chính của hệ thống sấy khí thổi là là hệ thống ống sấy Hệ thống ống sấy gồm các ống hình trụ tròn, được ghép với nhau nhờ các bích ống sấy Tùy vào năng suất mà người ta thiết kế các hệ thống đường ống có chiều dài phù hợp Ngày nay hệ thống ống sấy được thiết kế với nhiều hình dạng, nhưng ống sấy dạng hình chữ U ngược được ứng dụng nhiều nhất vì cho hiệu quả kinh tế cao [2].
- Caloriphe khí-hơi là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng của hơi nước rất lớn so với hệ thống trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí Theo lý thuyết truyền nhiệt, phía không khí thường được làm cánh để tăng cường truyền nhiệt Như vậy caloriphe khí- hơi trong kỹ thuật sấy thường là loại vách ngăn có cánh [2]
Trong hệ thống sấy khí thổi, cyclone được sử dụng để thu hồi sản phẩm sấy theo tác nhân sấy hoặc khử bụi trước khi thải tác nhân sấy ra môi trường với nguyên lý ly tâm Diện tích tiết diện ống dẫn chính giữa cyclone nên bằng (3 ÷ 4) diện tích tiết diện của kênh dẫn Tốc độ tác nhân sấy trong kênh dẫn không quá (20 ÷ 25)m/s Tùy lưu lượng tác nhân sấy mà có thể sử dụng 1 hoặc nhiều cyclone với thể tích xấp xỉ 0,6m³ cho 1m³/s tác nhân sấy đưa vào.
- Quạt: Để vận chuyển tác nhân sấy trong các hệ thống sấy thường dùng 2 loại quạt là quạt ly tâm và quạt hướng trục Chọn loại quạt nào tùy thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục và năng suất mà quạt cần tải đi cũng như nhiệt độ, độ ẩm của tác nhân sấy Khi chọn quạt thì giá trị cần xác định là hiệu suất quạt [2].
Vít tải nhập liệu là thiết bị vận chuyển dạng trục vít quay dùng để nâng tải liệu rời hoặc khối lượng lớn Vít tải có cấu tạo gồm 2 phần chính: trục vít xoắn và máng hình trụ Khi trục vít quay, các cánh xoắn sẽ đẩy vật liệu di chuyển dọc theo máng Quá trình vận chuyển này được tạo nên bởi sự kết hợp giữa trọng lực của vật liệu và lực ma sát giữa vật liệu với máng hình trụ.
Vít tải dùng để vận chuyển vật liệu tơi vụn theo phương nằm ngang, thẳng đứng hoặc nằm nghiêng.
- Ưu điểm: Vít tải dùng để vận chuyển trong máng kín do đó không tổn thất rơi vãi, an toàn khi làm việc và sử dụng rất thuận lợi cho việc vận chuyển vật liệu nóng và độc hại.
Năng suất thấp Chiều dài vận chuyển ngắn Vật liệu bị nghiền nát một phần khi vận chuyển Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với băng tải Cho vít tải nằm ngang thuộc loại cánh xoắn liên tục không liền trục do vận chuyển vật liệu dạng hạt có kích thước khá lớn và vật liệu dính Phần cuối của vít tải dùng cánh xoắn dạng lá có tác dụng đánh tơi vật liệu.
Tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng caloriphe hơi nước bão hòa.
Không khí được gia nhiệt bằng caloriphe hơi nước bão hòa: hơi nước (hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt) được dẫn từ lò hơi đến sẽ đi trong các ống trao đổi nhiệt Bên ngoài không khí sẽ được hệ thống quạt lưu lượng cấp vào đi qua hệ thống ống trao đổi nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt caloriphe, dàn ống trao đổi nhiệt được bố trí sao cho không khí nhận được nhiệt lượng lớn nhất có thể khi đi qua bộ trao đổi nhiệt calorifer[5].
Mục tiêu của đề tài
Tính toán, thiết kế máy sấy thổi khí dùng để sấy bột mì với năng suất 190 kg/mẻ.
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài được thực hiện với mục đích tính toán và thiết kế máy sấy khí thổi dùng để sấy bột mì với năng suất được yêu cầu là 190kg/mẻ Hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa trồng được lúa mì, đa số đều nhập từ nước ngoài về Do vậy việc tìm hiểu, tính toán và thiếu kế máy sấy khí thổi là rất cần thiết vì mỗi doanh nghiệp sẽ có yêu cầu khác nhau về độ ẩm của bột mì Tùy doanh nghiệp lớn hay nhỏ mà họ yêu cầu thiết kế hệ thống sấy với năng suất khác nhau để đáp ứng được về mặt diện tích nhà xưởng và đáp ứng nhu cầu cho người tiêu dùng.
Sinh viên khi thực hiện đề tài sẽ tìm hiểu kiến thức về nguồn nguyên liệu, được cung cấp các thông số ban đầu và năng suất của hệ thống sấy:
- Độ ẩm bột ban đầu 15%
- Tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng caloriphe hơi nước bão hòa.
- Các thông số công nghệ khác tự chọn - Địa điểm sấy: Tp HCM
Từ các thông số trên sẽ tra cứu, tính toán và thiết kế được hệ thống sấy khí thổi để sấy bột mì trong thực tế ứng với năng suất được yêu cầu Việc thực hiện đồ án này sẽ giúp tích lũy được kinh nghiệm trong việc tính toán, lựa chọn và thiết kế hệ thống sấy Sinh viên sau khi ra trường có thể áp dụng các kiến thức đã học cũng như kinh nghiệm đã tích luy trong quá trình thực hiện đồ án để thiết kế hệ thống sấy công nghiệp cho doạn nghiệp từ đó tạo ra lợi nhuận, mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 2 1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột mì [1].
Tách tạp chất Đá, cát, rơm rạ,
- Tách tạp chất Mục đích: làm sạch nguyên liệu Nguyên tắc: Nguyên được sàng, rửa để loại bỏ các tạp chất như đá, cát, rơm rạ,…
Thiết bị: Đầu tiên sử dụng máy sàng tạp chất để loại bỏ tạp chất như nilon, sỏi đá lớn, Tiếp đó sử dụng máy sàng tròn để tách các hạt lúa lép, vỡ, hỏng và các loại hạt khác từ đó giúp nguyên liệu hạt lúa mì được đồng đều Cuối cùng sử dụng máy sàng đá để loại bỏ các viên sỏi đá có kích thước bằng với hạt lúa mì [1].
Quá trình gia ẩm và ủ ẩm thực hiện với mục đích làm mềm nguyên liệu Ở giai đoạn này, nguyên liệu được ngâm trong nước để thấm nước và trương nở, từ đó đạt được độ tơi xốp hơn, sẵn sàng cho các công đoạn chế biến tiếp theo.
- Nghiền Đây là khâu quan trọng, ảnh nhất tới hiệu suất thu hồi tinh bột.
Mục đích: Phá vỡ thành tế bào lúa mì để giải phóng tinh bột Phá vỡ triệt để thì hiệu suất càng cao Những hạt tinh bột được giải phóng là tinh bột tự do và số còn lại gọi là tinh bột liên kết [1].
Thiết bị: máy nghiền Các biến đổi trong quá trình:
Có sự thay đổi kích thước của nguyên liệu Tế bào tinh bột bị phá vỡ giải phóng tinh bột dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ Nguyên liệu bây giờ là 1 khối bột nhão mịn [6].
Vì thời gian được rút ngắn nên không có hiện tượng phát triển vi sinh vật Tuy nhiên nghiền làm nát vỏ tế bào, các enzyme trong tế bào cũng được giải phóng ra và có điều kiện hoạt động tốt nhất là các enzyme thủy phân tinh bột, oxy hóa khử như: polyphenotoxydaza sẽ làm sản phẩm có màu Do đó ở quá trình tách dịch bào tiếp theo cần phải thực hiện nhanh để tránh hiện tượng này [6].
Sàng tách là công đoạn trong quá trình chế biến gạo, với mục đích tách bột bán thành phẩm, mảnh vỏ và tấm Bột bán thành phẩm sẽ được đem đi sấy khô để sử dụng hoặc lưu trữ Mảnh vỏ được xử lý và nghiền thành cám, sử dụng làm thức ăn chăn nuôi Tấm cũng được xử lý kỹ hơn để đưa vào quá trình sản xuất thực phẩm.
Thiết bị: Sử dụng máy đánh vỏ, thiết bị sàng
- Công đoạn sấy Mục đích: nhằm tách nước trong vật liệu đến độ ẩm mong muốn để ta có thể bảo quản sản phẩm dễ dàng hay đưa vào chế biến các sản phẩm bột mì.
Thiết bị sấy: Thiết bị sấy khí thổi với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng caloriphe hơi nước bão hòa Thiết bị sấy khí thổi có kết cấu rất đơn giản, gọn, vốn đầu tư ít, sấy vật liệu khô đều, năng suất cao Tuy nhiên tiêu tốn nhiều năng lượng.
Biến đổi của quá trình + Biến đổi hóa lý: hơi nước từ khối tinh bột ướt dưới tác dụng của tác nhân sấy bị bốc hơi đi, làm cho độ ẩm của khối tinh bột giảm rất nhiều và đạt đến độ ẩm an toàn phù hợp với quá trình bảo quản [6].
+ Biến đổi vật lý: tinh bột sau khi sấy có hiện tượng có thể tích và khối lượng riêng tăng, giảm khối lượng do nước bay hơi, các hạt tinh bột tách rời nhau ra và khối tinh bột đạt một độ xốp nhất định Nguyên nhân gây ra sự biến đổi vật lý nói trên chủ yếu là do sự thoát ẩm Màu sắc của sản phẩm tinh bột tăng về độ trắng, sáng hơn.
Nguyên nhân là do thay đổi khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng của vật liệu do tác động của nhiệt độ cao [6].
+ Ngoài ra còn có các biến đổi phụ là biến đổi sinh học: dưới tác dụng của nhiệt độ cao các vi sinh vật tồn tại trong sản phẩm hoàn toàn bị tiêu diệt, càng làm tăng độ an toàn của sản phẩm khi bảo quản.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2 2 Hình vẽ sơ đồ nguyên lý
Vật liệu sấy là bột mì bán thành phẩm được cấp vào phễu tiếp liệu, sau đó nhờ vít tải nhập liệu (4) cấp vào ống sấy Không khí được quạt hút (1) thổi đến caloriphe(2) để gia nhiệt lên 100 - 150℃ rồi được thổi qua ống dẫn tác nhân sấy (3) vào từ đáy ống sấy với vận tốc cần thiết phụ thuộc vào kích thước, khối lượng riêng của vật liệu sấy.
Tại đáy ống sấy, tinh bột thường bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên và được sấy khô Do thiết kế ống sấy theo dạng hình chữu U ngược để tăng hiệu suất của quá trình sấy nên khi vật liệu sấy được sấy khô và chuyển động theo dòng tác nhân lên đến đoạn cong hình chữ U ngược của ống sấy, vật liệu sấy rơi xuống vào cyclone (8) được tách ra khỏi dòng khí thải Vật liệu khô lắng xuống đáy của cyclon.
Khí thải kéo theo một ít bụi vật liệu khô theo ống trung tâm xuống cyclon vào thiết bị lọc túi để tách nốt lượng bụi đó còn khí thải ra ngoài [5] Vận tốc sấy thường từ 10-20 m/s và thời gian sấy thường từ 7-10s do vật liệu sấy là bột mì [6].
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Các thông số ban đầu
- Độ ẩm ban đầu: w 1 = 15% (kg ẩm/kg vật liệu ướt) - Độ ẩm cuối: w 2 = 4% (kg ẩm/kg vật liệu ướt) - Năng suất xuất liệu: 190 kg/mẻ
- Đường kính trung bình của khối hạt: d tb = 25.10 −6 m.
- Nhiệt dung riêng (vật liệu khô): C= 1,5 kJ/kg.K - Nhiệt dung riêng của nước: 4,187 kJ/kg.K Chọn thời gian sấy bột mì là 7 giây vì thời gian sấy tinh bột thường rất ngắn, thông thường chỉ từ 5÷7 giây.
Chọn độ ẩm $\varphi$ = 80% cho không khí ra khỏi tác nhân sấy là lý tưởng, vì khoảng giới hạn độ ẩm hợp lý đối với tác nhân sấy lý tưởng là 80% ≤ $\varphi$ ≤ 90% Nhiệt độ t = 5℃ cũng là giá trị hợp lý, vì thực tế chỉ ra rằng để không tiêu hao quá nhiều nhiệt năng do không khí mang nhiệt đi, thì nhiệt độ của không khí ra khỏi thiết bị sấy không được quá cao.
Chọn địa điểm sấy ở TP.HCM, tra Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 ta được nhiệt độ vào: t 0 = 27,2℃
Nhiệt độ của vật liệu sấy vào thiết bị trong trường hợp bình thường bằng nhiệt độ môi trường θ 1 =t 0 = 27,2℃
Nhiệt độ ra khói thiết bị của vật liệu sấy theo kinh nghiệm lấy nhỏ hơn nhiệt độ tác nhân sấy cùng vị trí từ (5℃ ÷10℃), θ 2 = 29℃
Sử dụng Đồ thị I-d của không khí ẩm để tra các thông số của quá trình sấy.
Hình 3 1 Đồ thị I-d của không khí ẩm
Bảng 3 1 Bảng thông số của quá trình sấy lý thuyết
Thông số A (Điểm ban đầu) B (Điểm 1) C (Điểm 2) t (0C) 27,2 100 35 φ (%) 77 2,8 80
Hàm ẩm d (kg/kgkkk) 0,01755 0,01755 0,02893Hàm nhiệt I (kj/kgkkk) 72,10 109,41 109,41
Cân bằng vật chất
Dựa vào sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm Tập
4 để tính cân bằng vật chất của quá trình sấy
Sấy bột mì năng suất 190kg/ mẻ → Năng suất xuất liệu là G2 = 190kg/ mẻ Năng suất nhập liệu G1:
100- 4 → G1 = 214,59 kg/mẻ Trong quá trình xay, lọc một phần nguyên liệu bột mì bị hao hụt khoảng 15%
→ năng suất nhập liệu thực tế G1= 214,59 + 32,1885= 246,7785 kg/ mẻ Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:
Máy sấy khí thổi thuộc loại máy sấy đối lưu nên bên cạnh tính cân bằng vật liệu sấy, còn phải tính cần bằng theo lượng ẩm để từ đó tìm được lượng không khí tiêu tốn trong quá trình sấy L(kg/mẻ)
Lượng không khí khô tiêu tốn chung tính theo mẻ
0,02893−0,01755!60,81(Kgkkk/mẻ) Lượng không khí khô tiêu tốn riêng cho 1 mẻ bốc hơi (lượng tiêu hao riêng) l 0 =L 0 W!60,81
Cân bằng năng lượng
Theo sách "Tính toán và thiết kế hệ thống sấy", lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm được tính bằng công thức q0 = l0(I2 - I0), trong đó: q0 là lượng nhiệt tiêu hao (kg ẩm.kJ); l0 là nhiệt ẩn hóa hơi (kJ/kg ẩm); I2 là nhiệt độ không khí ẩm bão hòa vào (0C); I0 là nhiệt độ không khí ẩm bão hòa ra (0C) Áp dụng công thức này, ta tính được lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm là 278,43 kg ẩm.kJ.
Nguyên tắc của cân bằng nhiệt là nhiệt lượng đi vào phải bằng nhiệt lượng ra khỏi thiết bị
Tổng nhiệt lượng đi vào máy sấy (∑Q vào):
+ Dòng không khí: L ( I 1 – I 0 ) + Do vật liệu vào: G 1 C vl θ 1 =G 2 C vl θ 1 +W C nước θ 1
+ Do bộ phận vận chuyển: G vc C vc t đ
Tổng nhiệt lượng đi ra khỏi máy sấy (∑Q ra):
+ Dòng khí thải: L ( I 2 – I 0 ) + Do vật liệu sấy: G 2 C vl θ 2
+ Do bộ phận vận chuyển: G vc C vc t c
+ Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q mt
Về nguyên tắc có thể có nhiệt lượng bổ sung, tuy nhiên, phần lớn các hệ thống sấy hiện nay không dùng nhiệt lượng bổ sung.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt của hệ thống sấy thực tế
L ( I 2 – I 0 )+ G 2 C vl θ 1 +W C nước θ 1 +G vc C vc t đ =L.( I 2 – I 0 )+G 2 C vl θ 2 +G vc C vc t c +Q mt (¿) Chú ý rằng G 2=G 1 −W (theo cân bằng vật chất) và xem gần đúng C v 2=C v 1 =C v ta thu được nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực bằng Q= L ( I 2 – I 0 )
Tổng năng lượng cần thiết cho quá trình sấy:
Q=L ( I 2 – I 0 )+ G 2 C v 2 ( θ 2−θ 1 ) – W C nước θ 1 +Q mt +G vc C vc (t c −t đ ) Đặt Q v =G 2 C v2 (θ 2 −θ 1 )
Ta có hệ thống sấy khí khổi GvcCvc.(tc – tđ) = 0 Suy ra: Q= L ( I 2 – I 0 )+Q vl – W C nước θ 1 +Q mt
Nếu viết cho một mẻ ẩm cần bốc hơi thì lấy dạng q=l +q v – C nước θ 1 +q mt Đặt ∆ =C θ –( q q
Ta được q=l ( I 2 – I 0 )− ∆ Vậy ∆ chính là tổng nhiệt lượng bổ sung chung trừ đi nhiệt lượng mất mát chung nên ∆ là nhiệt lượng bổ sung thực tế
Nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi thết bị sấy (Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, trang 141)
C vc =C bột mì (1−w 2 )+C nước w 2 =1,5×(1−4 %)+4,187×4 %=1,6075kJ/kg K Tổn thất do vật liệu mang đi:
Trong quá trình sấy, nhiệt bị tổn thất ra môi trường xung quanh
Nhiệt lượng do nước trong vật liệu sấy mang vào
C nước θ 1 =4,187.27,23,89 Suy ra tổn thất nhiệt trong quá trình sấy
Kg ẩmbay hơi) Ta có ∆ , tính được hàm ẩm thực tế của vật liệu ra khỏi thiết bị sấy d 2 tt =C pk ( t 1−t 2 )+ d 1 [(2500+C pa t 1 )−∆]
Suy ra hàm nhiệt thực tế của vật liệu ra khỏi thiết bị sấy
Bảng 3 2 Bảng thông số của quá trình sấy thực tế
Thông số A (Điểm ban đầu) B (Điểm 1) C (Điểm 2) t ( 0 C) 27,2 100 35 w (%) 77 2,8 80
Vậy lượng không khí khô cần thiết thực tế để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng tiêu hao riêng): l tt = 1 d 2tt −d 1 [7,tr.62] ¿ 1
Lượng không khí thực tế:
Nhiệt độ trung bình của quá trình sấy: t tb =t 1 +t 2 2 0+35
Nội suy ở nhiệt độ 67,5 o C trong phụ lục 6 [2, tr.350]
k = 21,34.10 -6 (Ns/m 2 ) Vậy thể tích không khí khô:
Nhiệt lượng có ích q 1 q 1 =i 2 −C a t v 1 =(2500+1,842 t 2)−C nước θ 1 [2] q 1 =(2500+1,842×35)−4,187×27,2 q 1 $50,58KJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q 2: Nhiệt dung riêng của không khí khô ở nhiệt độ 45℃ q 2 =l tt C kkk ( t 2−t 0 )C,95 × 1,005× (35−27,2)x6,22Kj/kg ẩm Nhiệt lượng tiêu hao q: q=l( I 1−I 0 )C,95.(145,5−72,10)225,93Kj/kg ẩm
Nếu tính theo phương trình cân bằng ta có: q ' =q 1 +q 2 +q v +q mt $69+786,22+22,36+6,87284,45kJ/kg ẩm
Như thế có thể thấy sai số tương đối do tính toán ¿ q−q ' ∨ ¿ q ≈ 0,018 ¿
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
Trong quá trình tính toán thông số của quá trình sấy, cần sử dụng một số thông số vật lý của vật liệu đang sấy, bao gồm đường kính tương đương của vật liệu, khối lượng riêng của vật liệu, độ nhớt động lực học, khối lượng riêng của không khí khô Các thông số này có thể tra trong bảng phụ lục 6, sách "Tính toán và thiết kế hệ thống sấy" của Trần Văn Phú, NXB Giáo dục, 2002.
Tiêu chuẩn Phêđôrov Fe bằng:
0,51 18+0,61√ 0,51=0,011P tt =1,24at=0,124N/mm 2 Vì Ptt nhỏ nên ta chọn bề dày cho ống sấy = 5 mm Ống sấy làm bằng thép CT3,
4.2.2 Tính bích cho ống sấy
4.2.2.1 Chọn bích cho ống sấy
Chọn bích liền không cổ vì áp suất nhỏ
Chọn khoảng cách giữa 2 bích là 1,5 m Dựa vào đường kính ống sấy chọn kích thước bích: Theo bảng XIII.27/417, Bích liền bằng thép để nối thiết bị [10], chọn bích liền bằng thép CT3 (kiểu 1) như sau: Đường kính bên trong của thiết bị: D t p0mm Đường kính ngoài của thiết bị: D n p6mm, D = 830 mm Đường kính tâm bu lông: D b Đường kính mép vát: D 1 Đường kính bích: D 0
Chiều cao bích: h bích Đường kính bu lông: d b
Bảng 4 1 Bảng kích thước bích cho ống sấy
P y D t Kích thước nối Kiểu bích
N/ mm 2 mm Mm Mm c ái mm mm
Hình 4 1 Các kích thước của bích Tổng số bích: nbích= 9 cái bích
Tổng số bu lông: nbu lông = 24.9 = 216 cái bu lông
4.2.2.2 Chọn bích cho ống nhập liệu
Chọn bích liền không cổ dựa Dựa vào đường kính ống sấy chọn kích thước bích:
Theo bảng XIII.27/417, Bích liền bằng thép để nối thiết bị [10] chọn bích liền bằng thép CT3 (kiểu 1) như sau: Đường kính bên trong của thiết bị: D t P0mm Đường kính ngoài của thiết bị: D n P6mm, D = 650 mm Đường kính tâm bu lông: D b Đường kính mép vát: D 1 Đường kính bích: D 0
Chiều cao bích: h bích Đường kính bu lông: d b
Các kí hiệu kích thước của bích cho ống nhập liệu tương tự như hình 4.1
Bảng 4 2 Bảng kích thước bích cho ống nhập liệu
Kích thước nối Kiểu bích
N/mm 2 mm Mm Mm cá i mm mm
Tổng số bích: nbích= 2 cái bích Tổng số bu lông: nbu lông = 16.2 = 32 cái bu lông
4.2.3 Tính cách nhiệt cho ống sấy
Ta có Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy t f 1g,5 o C t f 2 =t mt =¿ 27,2 o C δ= 5 mm Mật độ dòng nhiệt q truyền qua một đơn vị bề mặt (S) truyền nhiệt q=kt=k( t 1−t 0 )= t 1 −t 2
Thân ống làm bằng thép CT3 có hệ số dẫn nhiệt = 46,5 (w/mK) Phía trong ống là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức nên hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy với bề mặt trong của ống sấy: α 1 =7,5.v k 0,78 =7,5 8 0,78 =6( w m 2 hK) Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt ống với không khí xung quanh là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối. α 2 =1,715.¿ Mật độ dòng nhiệt phải thỏa mãn: q 1 =q 2 =q 3 Với q 1 =α 1 ( t 0 −t w 1 ) = ¿ 37,97.(72,5− t w 1¿ (1) q 2=λ δ ( t w 1−t w 2 ) = 0,005 46,5 (t w 1−t w 2 ) (2) q 3=α 2 (t w 2 −t 1 ) 1,333 (3)
Ta có q 1=q 3 suy ra ta được:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính toán caloriphe
Dựa vào chương 15 của sách Kỹ thuật sấy để tính toán caloriphe
5.1.1 Tính bề mặt truyền nhiệt
Bảng 5 1 Các thông số của các tác nhân qua calorifer Tác nhân sấy Không khí Nhiệt độ vào t 2đ =t 0 27,2 ℃
Hơi đốt Hơi nước bão hòa ngưng tụ Áp suất p 2at
Chọn một số kích thước của calorife để sử dụng trong tính toán: kỹ thuật sấy, trang 220
Bảng 5 2 Bảng Một số kích thước của caloriphe Ống làm bẳng thép
Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài l mm 1200 Đường kính ngoài d 2 mm 24 Đường kính trong d 1 mm 22
Bước ống ngang dòng lưu chất s 1 mm 80
Bước ống dọc dòng lưu chất ngoài ống s 2 mm 45
2 =8 Khoảng cách giữa 2 cánh liên tiếp t c mm 3
Bề dày cánh δ c mm 0,5 Đường kính cánh d c mm 40
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm cánh λ c W/mK 110Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống λ ống W/mK 45
Bảng 5 3 Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống
Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn công thức Gía trị
2 Độ ẩm trung bình φ k Đơn vị φ k =φ 0 +φ 1
3 Hệ số dẫn nhiệt λ k W/m, ° K CT 1.36,[2] 0,02915
5 Áp suất hơi bão hòa
P b Bar Tính theo nhiệt độ t k
6 Khối lượng riêng ρ k Kg/m 3 Trang 15,[2] 1,0522
7 Độ nhớt động v k m 2 /s Nội suy bảng I.274
5.1.1.1 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình
Ta có hơi nước ngưng tụ có nhiệt độ không đổi: t 1 đ = t 1 c = t b 119,6℃
Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa các tác nhân sấy và hơi nước cấp nhiệt:
5.1.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt k
Tính số cánh trên một ống n c = l t c +δ c = 1,2
2.22.1200 =7,65 Tính bề dày caloriphe δ=d 2 −d 1 2 =1mm
Tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía không khí Tốc độ cực đại của không khí chuyển động qua khe hẹp nhất Giả sử tốc độ không khí vào caloriphe ω=2,5m / s Chúng ta sẽ kiếm tra giả thiết này khi tính được chiều rộng và chiều cao của caloriphe Khi đó: ω max = ω
Tính diện tích phần ống không làm cánh
Tính diện tích các cánh trên một ống
Tính kích thước xác định: d xđ F 0 d 2 +F c √ 2 F n C c
Xác định các tiêu chuẩn đồng dạng Từ nhiệt độ trung bình ta tìm được hệ số dẫn nhiệt λ=2,974 10 −2 W
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của cánh α c α c =Nu λ d xđ 4,929×2,974 10 −2
Tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương α 2 α 2 =α c F c
Tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hơi ngưng trong ống α 1
Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống đứng.
Bảng 5 4 Các thông số hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú 1 Áp suất của hơi nước ngưng tụ
2 Nhiệt độ nước ngưng T ℃ 119,6 Bảng phụ lục 57,
3 Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc hơi nước ngưng tụ t w ℃
4 Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ t m ℃
5 Hệ số dẫn nhiệt λ n W/m, ° K 0,68 Lấy ở t m Bảng I, 249,
6 Độ nhớt μ n Ns/ m 2 0,24 10 −3 7 Khối lượng riêng ρ n
8 Độ nhớt động v n m 2 /s 2,56 10 −7 9 ẩn nhiệt ngưng tụ R J/kg 2212,7 10 3 Lấy ở T Bảng phụ lục 57, [8]
Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên ống đứng, khi màng chất ngưng tụ chảy tầng: α 1 =1,13.A ¿ , W/m 2 K Trong đó:
Chọn nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc hơi nước ngưng tụ t w 4℃ (sẽ kiểm tra lại sau)
5.1.1.3 Tính hiệu suất cánh ŋ c β=√ λ 2 k δ α c c = √ 110 2× × 37,366 5 × 10 −4 6,861 β h 6,861 10 −3 =0,29 Với dc/d2=1,67 và β h =0,29, từ biểu đồ ŋ c =f¿dc/d2, β h ) ta tìm được ŋ c =0,96
→ Tính bề mặt truyền nhiệt
Kiểm tra lại việc chọn t w
Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng: q¿ α 1 ∆ t 1 P27,19×5(152,27(W m 2 ) Ta có: q¿ k ∆ t tb &1,39×109,56(637.9(W m 2 ) ta thấy: ∆ t 1(tt)≈ ∆t 1
Việc chọn t w 4℃ là chấp nhận được
Tính số ống cần thiết n= F π d 1 l= 2,88 π.22.10 −3 1,24,72 Chọn số ống n= 40
Với kiểu bố trí ống trên mạng ống so le với tổng số ống của thiết bị n¿ 40 ống , Ta chọn số ống trong mỗi hàng ống m¿4→ số hàng ống z=n m@
Tính quạt và chọn quạt
5.2.1.Tính năng suất và trở lực toàn phần của quạt
Năng suất của quạt ở điều kiện chuẩn
1,1428 2 70,13 Trong đó ta nội suy khối lượng riêng của không khí khô ở nhiệt độ trung bình 63,3℃ được ρ=1,1428 Tính trở lực toàn phần (hay cột áp toàn phần)
Tổn thất áp suất tĩnh là một hệ quả tất yếu của chuyển động dòng, chủ yếu là để khắc phục ma sát dòng chảy với thành ống và trở lực cục bộ Các dạng tổn thất áp suất này tỷ lệ thuận với cột áp động, bao gồm tổn thất áp suất do nhiệt lượng, tổn thất áp suất do ống, thiết bị sấy, cyclone và khí động.
2.g +∆ p thiết bị sấy +∆ p cyclon +∆ p khí động ¿ Trở lực qua calorifer:
Hệ số trở lực: ξ¿0,72.ℜ −0,245 ¿ ¿0,72.(4959) −0,245 ¿ Trở lực cục bộ qua calorifer:
Trở lực đột mởHệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy qua ống phân kỳ: ξ 1 =¿ (phụ lục 8, [7]) Với: f , F: diện tích tiết diện ống nhỏ và ống mở rộng, m 2
Diện tích tiết diện ống mở rộng (hình tròn) R= D 2 = 0,5 2 =0,25 m
Diện tích tiết diện ống nhỏ (hình tròn), cho r =0,1m
Hệ số trở lực ống tròn gập góc 90 o (đoạn nối caloriphe với ống sấy) ξ 2 =1,1 (phụ lục 8, [kỹ thuật sấy]) Hệ số trở lực đoạn cong (ống tròn) ξ 3=0,25 (phụ lục 8, [7])
2.9,81 =8,043mm H 2 O¿ Với v là vận tốc của tác nhân sấy trong đường ống
Trở lực qua cyclon Dùng loại cyclon LIH-15 nên hệ số trở lực qua cyclone ξ ¿ 105
2 u4.52N/m 2 =¿75,452 mmH2O Trở lực trong thiết bị sấy (ống sấy)
Tra bảng II.11[sổ tay1], ứng với mặt cắt ngang của ống A= 64 (bảng II.10,[9]) và Re00 (đã tính ở phần thiết bị chính) ta được hệ số ma sát λ=0,213
Tính áp suất để khác phục trở lực ma sát
2 8.10 −12 mm H 2 O ≈0 Áp suất khí động
2.9,81 ,98.10 −12 mm H 2 O ≈0Vậy trở lực toàn phần
∆ p=¿ ∆ p caloriphe +∆ p ống +∆ p thiết bị sấy +∆ p cylon +∆ p khí động
∆ pI,35+8,043+0+75,452+02,854mm H 2 O 5.2.2.Tính công suất động cơ điện và chọn quạt:
Năng suất của quạt V(m 3 /h¿:đối với không khí ít bẩn thì năng suất quạt lấy bằng lưu lượng không khí theo tính toán ở điều kiện làm việc.
Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao:
3600×75×1,180 2 =0,48kWH0W Công suất động cơ điện:
Với: k 3 : hệ số dự trữ Theo bảng II.48 [9] ta có k 3=1,1
Quạt ly tâm trung áp được lựa chọn dựa trên trở lực toàn phần ∆ P =132,845 mmH2O, nằm trong khoảng ∆ P = (100÷300) Quạt ly tâm trung áp II 9-57,N ° 8 có kích thước [2, tr.332] đáp ứng yêu cầu này.
Mặt bích cửa ra: hình vuông, B¿560mm
Mặt bích cửa vào: hình tròn, D¿ 800 mm
Bảng 5 5 Các thông số của quạt
Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chú
Ký hiệu quạt II 9-57, N ° 8 Tra đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm II 9-57, N °8 (hình II.60a, [9])
Các thông số cơ bản của quạt:
Hình 5 1 Thông số của quạt II 9-57, N ° 8
Tính Cyclon
Chọn cyclon tổ hợp do:
- Thu sản phẩm với khối lượng khá lớn - Lưu lượng khí lớn
- Vận tốc dòng khí lớn (nồng độ hạt cao) - Cyclon này có thể ngăn cản dòng khí lan tràn lên phía trên và hướng nó theo một phía
- Hiệu suất cao Lưu lượng khí vào cyclon: v k m 3 /s
Chọn cyclon tổ hợp được ghép bởi 6 cyclon đơn loại πH −15 Loại này hiệu suất làm sạch bụi cao nhất, hệ số sức cản lớn. Đường kính cyclon: CT (III.47) sổ ta quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất 1.
D=√ 0,785.W V 1 q Để xác định tỉ số qui ước ta chọn: CT (III.48), [9]. Δ P p k p0=¿Δ P=p k 700u6,28 (1) Xác định tỉ số qui ước:
Hệ số trở lực tra bảng (III.10) sách sổ tay thiết bị và quá trình công nghệ và hóa chất ta có hệ số trở lực của cyclon LIH-15 là:
Với ξ¿105 Từ (1) và (2) suy ra:
6 6 =2,33(m¿¿3/s)¿ D¿0,801(m) chọn D¿800(mm) - Bunke chứa bụi:
Thể tích làm việc của bunke đối với nhóm 6 cyclon: V bunke =7,8m 3 (Bảng III.5a, [10]).
Góc nghiêng của thành bunke: chọn 60 ° Dùng loại cyclon LIH-15 có kích thước sau:
- D¿800mm - Chiều cao cửa vào: a¿ 0,66 D= ¿528mm - Chiều cao ống tâm có mặt bích h 1=1,74D92mm
- Chiều cao phần hình trụ h 2=2,26D08mm
- Chiều cao phần hình nón h 3=2D00mm
- Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h 4=0,3D$0 - Chiều cao chung H¿ 4,56 D648 mm
- Đường kính ngoài ống ra d 1=0,6DH0mm
- Đường kính trong của cửa tháo bụi d 2=0,4D20mm
- Chiều rộng của vào b 1 b 10 - Chiều dài của ống cửa vào L¿ 0,6 D= ¿480mm - Khoảng cách từ tận cùng cyclon đến mặt bích h 5=0,3D$0mm
- Góc nghiêng giữa nắp ống và cửa vào α°
Tính vít tải nhập liệu
Năng suất vít tải nằm ngang:
D: đường kính ngoài cánh vít S: bước vít → Chọn S¿ D n: số vòng quay của trục vít Số vòng quay lớn nhất của trục vít: n max = A
Ta chọn: A¿ 30 ρ:khối lượng riêng của vật liệu, ρ=¿ 593 (kg/m 3 ¿ φ : Hệ số chứa đầy -> Chọn φ=0,4 C: Hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít tải đặt ngang -> C¿1 Chọn n¿ 47,5 (v/phút)
Q: năng suất của vít tải -> Q¿ G 1!4,59kg/h=0,21459T/h
Vậy đường kính ngoài của cánh vít là:
Dựa vào bảng kích thước tiêu chuẩn của đường kính và cánh vít ta chọn:
L: Chiều dài vận chuyển vật liệu theo phương ngang -> Chọn L¿1m C 0 :Hệ số trở lực xác định bằng thực nghiệm -> C 0=1,2 (đối với vật liệu là bột, cưa, mùn, hạt)
Thiết bị sấy khí thổi đã thiết kế trên có thể làm việc với các thông số kỹ thuật như sau:
Năng suất: 190kg/mẻ Độ ẩm ban đầu: 15% Độ ẩm cuối: 4%
Thời gian sấy: 7 giây Nhiệt độ môi trường: 27,2℃
Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị: 100℃
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị: 35℃
Sấy khí thổi là một phương pháp đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo, thời gian sấy nhanh.
Sấy khí thổi chủ yếu tách ẩm bề mặt nên trong quá trình sấy đòi hỏi sự xáo trộn vật liệu Do đó, phương pháp này đòi hỏi sự tiêu tốn năng lượng lớn Năng lượng đốt nóng không khí và năng lượng đẩy vật liệu di chuyển lên cao Vì vậy, phương pháp này chỉ thích hợp dùng để sấy các loại vật liệu dạng bột, hạt nhỏ.
STT Tính toán Bộ phận sấy Đại lượng Kết quả
Cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng
Lượng ẩm cần tách W¿24,59kg/mẻ
2 Sấy thực tế Lượng không khí thực tế q ' 284,45Kj/kg ẩm
4 Tính toán thiết bị chính Kích thước ống sấy
Vận tốc tác nhân sấy 0,45 m/s Đường kính ống sấy 700mm
Chiều dài ống nhập liệu 1m Chiều dài đoạn rơi 0,5m Diện tích tiết diện ống sấy 0,38 m 2
Cường độ bay hơi thể tích trong ống sấy 55,01 kg/m 3 h
5 Tính toán cơ khí cho thiết bị chính
6 Bích cho ống sấy D T = 700 mm
Tính toán thiết bị phụ
Lưu lượng khí vào cyclon 14m 3 /s
Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ∆ t tb 9,56℃
11 Hệ số cấp nhiệt phía ống α 1 5027,19( m W 2 K )
12 Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống α 2 36,057 (W/m 2 K)
14 Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt
16 Trở lực qua calorifer 49,35mm H 2 O
17 Vít tải nhập liệu Đường kính ngoài của cánh vít 200mm
22 Quạt Công suất trên trục động cơ điện 480W
23 Công suất động cơ điện 528W