Đồ Án thiết kế máy thiết bị thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy trà năng suất 300kgh

Vật liệu sau khi sấy khối lượng sẽ được giảm đi thuận lợi cho việc vận chuyển, độ bền tăng lên và thời gian bảo quản sản phẩm được kéo dài thêm… Sấy là quá trình tách nước, làm giảm lượn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- -

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY BĂNG TẢI SẤY TRÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-oOo -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ Giảng viên hướng dẫn: Đặng Đình Khôi

1 Tên đồ án: Thiết kế hệ thống sấy băng tải sấy trà năng suất 300 kg khô/h

2 Các số liệu ban đầu:

• Năng suất sản phẩm sấy: 300 kg/h

• Độ ẩm nguyên liệu đầu vào: 65%

• Độ ẩm sản phẩm sau sấy: 5%

• Tác nhân sấy là không khí nóng

• Các số liệu khác tự chọn

3 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

1) Tổng quan về sản phẩm và qui trình công nghệ sấy liên quan

2) Đề nghị qui trình sấy trà

3) Tính cân bằng vật chất và năng lượng

4) Tính cấu tạo thiết bị chính

5) Chọn các thiết bị phụ phù hợp

6) Kết luận

4 Yêu cầu về trình bày bản vẽ:

• 01 bản vẽ qui trình khổ A1 và 01 bản vẽ khổ A4 kẹp trong tập thuyết minh

• 01 bản vẽ cấu tạo thiết bị chính khổ A1

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23/02/2024

6 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2024

Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 02 năm 2024

Đặng Đình Khôi

x

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

2 Sinh viên: Lê Nguyễn Minh Thư 3 MSSV: 21128245

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy trà năng suất 300kg/h

5 Kết quả đánh giá:

x

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

2 Sinh viên: La Khải Lợi 3 MSSV: 21128342

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy trà năng suất 300kg/h

5 Kết quả đánh giá:

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 1 GVPB:

2 Sinh viên: Lê Nguyễn Minh Thư 3 MSSV: 20128135 4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy trà năng suất 300kg/h 5 Kết quả đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 0,5 2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 1,5 3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,5 4 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5 5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0 6 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0 7 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0 TỔNG ĐIỂM(Bằngchữ:……….) 10

Ghi chú: GV cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng… năm 2024

Người phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 1 GVPB:

2 Sinh viên: La Khải Lợi 3 MSSV: 21128342 4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy trà năng suất 300kg/h 5 Kết quả đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 0,5 2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 1,5 3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,5 4 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5 5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0 6 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0 7 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0 TỔNG ĐIỂM(Bằngchữ:……….) 10

Ghi chú: GV cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng… năm 2024

Người phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Đình Khôi đã tận tình chỉ dẫn cho chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án môn học quá trình thiết bị Nhờ thầy chúng em đã học thêm được nhiều kĩ năng, học được nhiều kiến thức mới hơn về máy thiết bị

Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ Hóa học, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh thời gian qua đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt và trang bị kiến thức cho chúng em để hoàn thành đồ án này

Do thời gian nghiên cứu có hạn và lần đầu tiên tiếp xúc với đồ án nên chúng em chưa có nhiều kinh nghiệm tính toán và kiến thức chuyên sâu về máy, thiết bị, nên không tránh khỏi những sai sót trong tính toán Vì vậy, chúng em rất mong nhận được góp ý của thầy cô để

đề tài được hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến quý thầy cô, chúc quý thầy cô trong khoa nhiều sức khỏe

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu chè 2

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình sấy 4

1.3 Giới thiệu về thiết bị sấy 5

1.3.1 Thiết bị sấy hầm 5

1.3.2 Thiết bị sấy khí thổi 6

1.3.3 Thiết bị sấy tầng sôi 8

1.3.4 Thiết bị sấy thùng quay 9

1.3.5 Thiết bị sấy phun 10

1.3.6 Thiết bị sấy băng tải 12

1.3.6.1 Khái niệm 12

1.3.6.2 Ưu điểm và nhược điểm 12

1.3.6.3 Cấu tạo hệ thống sấy băng tải 13

1.3.6.4 Lí do nên chọn hệ thống sấy băng tải để sấy trà 13

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH 14

2.1 Sơ đồ công nghệ 14

2.2 Thuyết minh lưu trình 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 16

3.1 Chọn tác nhân sấy và chế độ sấy 16

3.2 Thông số tính toán không khí 16

3.2.1 Không khí trước khi vào calorife (Điểm A) 16

3.2.2 Không khí khi đi vào calorife(Điểm B) 17

3.2.3 Không khí ra khỏi hầm sấy(Điểm C) 17

3.3 Tính toán cân bằng vật chất 18

3.4 Thời gian sấy 19

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ CHÍNH 21

4.1 Băng tải 21

4.1.1 Số lượng băng tải 21

4.1.2 Tính con lăn đỡ băng 22

4.2 Kích thước hầm 22

4.3 Động cơ băng tải 23

4.3.1 Chọn động cơ điện 24

4.3.2 Phân phối tỉ truyền 25

4.3.2.1 Cơ cấu truyền động giữa 2 tầng băng tải 25

4.3.2.2 Tính tốn trục băng tải 27

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 28

5.1 Sấy lý thuyết 28

5.2 Tổn hao nhiệt 28

5.2.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi hầm 28

5.2.2 Tổn thất nhiệt để đun nóng bộ phận vận chuyển chiếm khoảng 2% q o 28

5.2.3 Nhiệt tổn thất ra môi trường 29

5.2.3.1 Tổn thất nhiệt qua tường 29

5.2.3.2 Nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy 34

5.2.3.3 Nhiệt tổn thất qua nền 35

5.2.3.4 Nhiệt tổn thất qua cửa 36

5.2.3.5 Nhiệt tổn thất do mở cửa 36

5.2.3.6 Tổn thất nhiệt động học 36

CHƯƠNG 6: THIẾT BỊ PHỤ 41

6.1 Calorife 41

6.1.1 Tính bề mặt truyền nhiệt 41

6.1.2 Tính kích thước calorife 42

6.1.2.1 Chọn kích thước calorife 42

6.1.2.2 Tính toán diện tích calorife 43

6.1.2.3 Tính vận tốc thực tế của không khí đi trong calorife 43

6.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt 44

6.1.3.1 Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà đến thành ống bên trong 1 44

6.1.3.2 Tính hệ số cấp nhiệt bên ngoài ống 2 45

6.2 Tính và chọn cyclone 46

6.2.1 Giới thiệu về cyclone 46

6.2.2 Tính toán cyclone 47

6.3 Tính trở lực và chọn quạt 49

6.3.1 Tính trở lực của quá trình 49

6.3.1.1 Trở lực đường ống từ miệng quạt đến trục khuỷu 49

6.3.1.2 Trở lực đường ống từ trục khuỷu đến calorife 50

6.3.1.3 Trở lực trong calorife 51

6.3.1.4 Trở lực đường ống từ calorife đến phòng sấy 52

6.3.1.5 Trở lực ma sát trong buồng sấy 53

6.3.1.6 Tính trở lực đường ống từ buồng sấy đến cyclone 54

6.3.1.7 Trở lực đường ống từ xyclon đến quạt hút 55

6.3.1.8 Trở lực do đột mở vào calorife 56

6.3.1.9 Trở lực do đột thu từ calorife ra ống dẫn không khí nóng 56

6.3.1.10 Trở lực do đột mở từ đường ống vào buồng sấy 57

6.3.1.11 Tính trở lực do đột thu ra khỏi buồng sấy 58

6.3.1.12 Tính trở lực do đột mở vào cyclone 58

6.3.1.13 Tính trở lực do đột thu từ cyclon ra đường ống thải 59

6.3.2 Tính và chọn quạt 60

6.3.2.1 Quạt đẩy đặt trước calorife 60

6.3.2.2 Quạt hút đặt sau Xyclone 61

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3 1 Thông số các trạng thái 18

Bảng 3 2 Độ ẩm vật liệu và thời gian sấy 19

Bảng 4 1 Thông số các trục 25

Bảng 5 1 Thông số cân bằng nhiệt 39

Bảng 6 1 Kích thước cơ bản của cyclone đơn loại LIH-24 (Bảng III.4 trang 524,[12]) 47

Bảng 6 2 Kích thước của quạt II.4-70 N010 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Thiết bị sấy hầm 5

Hình 1 2 Thiết bị sấy khí thổi 6

Hình 1 3 Thiết bị sấy tầng sôi 8

Hình 1 4 Thiết bị sấy thùng quay 10

Hình 1 5 Thiết bị sấy phun 11

Hình 1 6 Thiết bị sấy băng tải 12

Hình 6 1 Thiết bị Xyclon 49

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một trong các nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nước ta Mặc dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chưa mang lại hiệu quả chưa tương xứng với vị trí của nó trong nền kinh tế Nguyên nhân chủ yếu là do các khâu thu hoạch bảo quản và chế biến nông sản tại Việt Nam hiện nay được thực hiện chưa khoa học Điều đó làm giảm giá trị các sản phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ

Trong ngành nông nghiệp nói chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm là một trong những yêu cầu quan trọng Và một trong số những cách để bảo quản chất lượng sản phẩm tốt là ta tiến hành sấy để giảm bớt lượng ẩm Vật liệu sau khi sấy khối lượng sẽ được giảm

đi thuận lợi cho việc vận chuyển, độ bền tăng lên và thời gian bảo quản sản phẩm được kéo dài thêm…

Sấy là quá trình tách nước, làm giảm lượng nước trong sản phẩm, giảm sự phát triển của vi sinh vật điển hình nhất là nấm mốc

Nước ta là nước nhiệt đới gió mùa nóng ẩm nên việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt Vì thế nhằm đáp ứng với những yêu cầu đó, với đồ án này chúng em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống sấy băng tải sấy trà năng suất 300kg sản phẩm khô trên giờ để tìm hiểu rõ hơn về phương pháp sấy băng tải, quy trình công nghệ và thiết bị, bên cạnh đó là làm quen với việc tính toán thiết kế thiết bị trong công nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nguyên liệu chè

Trà là một loại thức uống phổ biến được làm từ lá, chồi hoặc cành của cây trà (Camellia sinensis) Cây trà có nguồn gốc từ Đông Á, nhưng hiện nay được trồng ở nhiều nơi trên thế giới

Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trong trà có những dưỡng chất: vitamin C, B, PP, cafein, muối…Trà có nhiều lợi ích cho sức khỏe: Chứa chất chống oxy hóa giúp chống lão hóa và ngăn ngừa ung thư, giúp tăng cường hệ miễn dịch, giúp giảm cholesterol và huyết áp, giúp cải thiện trí nhớ và tập trung

Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: Đầu tiên là thu hoạch lá trà, Nguyên liệu dùng trong sản xuất trà là búp và 2-3 lá chè non, khi thu hái thường được phân thành các loại khác nhau như: chỉ có búp, có búp và 1 lá hoặc có búp và 2-3 lá Lá chè càng non càng tốt Đặc biệt quá trình thu hái, bảo quản và vận chuyển nó về nơi sản xuất có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của trà thành phẩm, vì vậy được các nông dân vô cùng kỹ lưỡng khi thực hiện thao tác này; Tiếp theo là quá trình làm héo, Sau khi đã có lá trà tươi, nhân công

sẽ phơi lá trà để loại bỏ các khí nóng ẩm và sương trong quá trình vận chuyển Cách tốt nhất là phơi trà trong phòng khô, thông thoáng Cách 1 tiếng đảo trà một lần Khi đảo trà chỉ đảo nhẹ tay, tránh làm nát trà Việc phơi trà thường được thực hiện trong vòng 4 – 8 tiếng Khi thấy lá trà có màu xanh thẫm và có mùi thơm thì chuyển sang khâu tiếp theo Quá trình oxy hóa gây ra nhiều phản ứng hóa học trong lá trà, định hình thêm hương vị của trà Trong bước này, thành tế bào của lá trà bị phá vỡ để cho phép tiếp xúc với oxy Sự kích động vật lý phá vỡ các thành tế bào Với độ ẩm cạn kiệt và tiếp xúc với không khí, phản ứng hóa học của quá trình oxy hóa xảy ra; Sao trà và diệt men: Trà đã được làm héo sơ bộ

sẽ được bỏ vào tôn quay để diệt men và sao trà Việc diệt men được thực hiện từ 2 đến 3 phút tại nhiệt độ từ 280 – 300 độ C Sau khi diệt men và sao trà, hàm lượng nước trong trà phải đạt 62 – 64% Có thể nhận biết bằng cách nhìn vào lá trà Nếu lá có màu xanh thẫm, mềm dẻo, hơi dính lại, cuống nón bẻ gập lại và mùi thơm nhè nhẹ thì có thể ngừng Nó giúp nước trà có màu xanh và không bị nát trong những công đoạn chế biến tiếp theo Công đoạn

sao trà và diệt men cần phải có kỹ thuật và biết cách sử dụng máy sao trà bởi nó tác động đến chất lượng trà Nếu sao trà và diệt men trà tốt, trà sẽ giữ được vitamin, catechin, tannin

và các chất dinh dưỡng khác; Vò trà: Sau công đoạn sao trà là bước vò trà Có thể vò thủ công hoặc sử dụng máy vò trà Nếu vò thủ công, theo truyền thống, sẽ cho trà vào túi vải rồi vò bằng tay Trà chỉ nên vò nhẹ để đạt độ cong, gãy dập vừa phải Độ dập đạt yêu cầu

là tế bào lá trà bị dập khoảng 30 – 35% Lúc này, lá trà cong, khô, đẹp và gọn Thời gian

vò trà thường kéo dài 10 – 30 phút Sấy trà: Sấy trà là một công đoạn ảnh hưởng đến màu sắc và mùi vị của trà sau khi sấy khô Cần sấy trà ngay sau khi hoàn thành bước vò trà Nhiệt độ thích hợp để sấy trà là 95 – 105 độ C Thời gian sấy trà 20 phút sẽ sao khô được

từ 1,2 – 1,5kg trà Độ ẩm thích hợp của trà sau khi sấy là 3 – 5% Sau khi sấy trà, nên bỏ vụn cám để chất lượng của trà tốt hơn, không đọng cặn khi pha; Đóng gói và bảo quản: Khi

đã có thành phẩm, trà sẽ được bỏ vào túi kín để đóng gói vào các hộp Trà nên để ở nơi khô ráo, tránh sự tác động trực tiếp của ánh nắng Ngoài ra, có thể hút chân không để hương thơm và chất lượng của trà được bảo quản tốt nhất

Mục đích của sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình chỉ quá trình lên men nhằm giữ lại tối đa những chất có giá trị trong lá trà giúp hình thành hương vị, màu sắc của trà Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước khi phân loại và dễ dàng bảo quản và vận chuyển

Trong thời gian sấy khô, lá trà bị biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học: Tổng hàm lượng các chất hồ tan giảm đi so với lá chè xong; Hàm lượng cafein giảm đi một

ít Đó là do sự bay hơi một phần và do sự thăng hoa của các hợp chất này khi sấy khô

Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy:

Giai đoạn chế biến Nito hòa tan, mg Cafein, mg Nito amonic, mg

Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy: Giảm một ít hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột; Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với

Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước khi sấy còn lại 1,81 g/kg sau khi sấy

Trong khi sấy trà cần chú ý: Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng ứ đọng hơi ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt Nhiệt độ sấy quá cao & không khí thổi vào quá lớn sẽ làm cho trà bị cháy vụn, nhiệt độ càng cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạo trên bề mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thốt ra ngồi, kết quả không tiêu diệt được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng của trà nhanh chóng xuống cấp trong thời gian bảo quản

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình sấy

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Kết quả của quá trình sấy

là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên Điều này có ý nghĩa quan trọng về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả năng bảo quản; đối với gốm sứ làm tăng

độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng khả năng đốt cháy… Các vật liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể tích nên giảm được giá thành vận chuyển

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 khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào châm nhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy Trong các quá trình sấy thì môi trường không khi ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc của quá trình sấy Bởi vậy cần nghiên cứu các tính chất và các thông số cơ bản của không khí ẩm

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau: cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu; dòng nhiệt dẫn nhiệt từ bề mặt vào vật liệu; khi nhận được lượng nhiệt; dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt và dòng ẩm từ vật liệu tách vào môi

trường xung quanh Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu

và sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra làm các nhóm chính là sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa

1.3 Giới thiệu về thiết bị sấy

Cấu tạo hầm sấy rất đơn giản Thường có 1 hoặc vài hầm sấy đặt song song Vật liệu sấy xếp trên các xe gòong di chuyển chậm nhờ tời Sau một thời gian nhất định thì xe gòong

chở vật liệu khô sẽ ra ở cửa còn của đầu kia cũng có 1 số xe goong chở vật liệu ướt vào hầm sấy Tác nhân sấy nhờ quạt đẩy không khí đi ngược chieefy với chiều chuyển động của vật liệu Tác nhân sấy là không khí được đốt nóng ở caloriphe Hầm sấy dài khoảng 30-40m Loại thiết bị này làm việc ở áp suất khí quyển thì tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò Vận tốc tác nhân sấy đi trong hầm thường 2-5(m/s)

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, sử dụng các phương thức sấy khác nhau, dễ vệ sinh và sửa chữa Nhược điểm: sấy không đồng đều giữa các lớp vật liệu, cường độ sấy thấp

Thiết bị sấy hầm không phù hợp để sấy lá trà vì: Sấy hầm thường được dùng để sấy khô các loại hạt nên nhiệt độ và độ ẩm của thiết bị này quá cao và không phù hợp với quá trình sấy của lá trà, nhiệt độ quá cao có thể gây mất hương vị của lá trà

1.3.2 Thiết bị sấy khí thổi

Hình 1 2 Thiết bị sấy khí thổi

Thiết bị sấy khí thổi (còn gọi là máy sấy khí thổi, máy sấy khí động) là thiết bị sử dụng luồng khí nóng được tạo ra bởi quạt gió để sấy khô vật liệu Thiết bị này có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng và vận hành, phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau Thiết bị này thường được dùng để sấy thức ăn cho chó mèo, hoặc các loại hạt và hạt giống

Cấu tạo gồm 1 cơ cấu nhập liệu giúp vật liệu chuyển từ phễu vào buồng sấy Tác nhân sấy

sẽ được quạt thổi qua caloriphe làm nóng đưa vào buồng sấy Buồng sấy nối với cyclon để tách vật liệu sấy khỏi khí thải nhờ cơ cấu tháo sản phẩm liên tục

Ưu điểm: Hiệu quả sấy cao, Tiết kiệm năng lượng

Nhược điểm: Chất lượng sấy không đồng đều, không phù hợp với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao

Cũng giống như với thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí thôi không phù hợp để sấy là trà vì chất lượng sấy không đồng đều và nhiệt độ sấy cao gây ảnh hương đến hương vị của lá trà

ở thành phẩm cuối cùng

1.3.3 Thiết bị sấy tầng sôi

Hình 1 3 Thiết bị sấy tầng sôi

Thiết bị sấy tầng sôi là một thiết bị sấy liên tục được sử dụng để sấy khô nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm thực phẩm, dược liệu, nông sản, và các sản phẩm công nghiệp Thiết

bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc đối lưu cưỡng bức, sử dụng quạt để lưu thông khí nóng qua một lớp vật liệu được đặt trên một tấm lưới Lớp vật liệu này được "làm sôi" bởi luồng khí nóng, giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và khí nóng, từ đó tăng hiệu suất

sấy khô Thiết bị sấy tầng sôi thường được dùng để sấy các hạt dược phẩm, ngũ cốc (gạo, lúa, yến mạch)

Máy có cấu tạo đơn giản gồm các bộ phận có thể tách rời thuận tiện cho quá trình vệ sinh, bảo dưỡng Đặc biệt thiết bị không có góc cạnh nhọn do vậy dễ dàng vệ sinh, lau chùi sạch

sẽ không gây ô nhiễm môi trường Các buồng công tác máy được làm kín bằng joint silicon nên khắc phục được hiện tượng bể joint, giúp tiết kiệm chi phí thay thế joint trong quá trình

sử dụng máy

Nguyên liệu sấy được tiếp xúc trực tiếp với dòng khí nóng, với áp lực lớn nguyên liệu bị đẩy tung lên làm tăng tốc độ truyền nhiệt, do vậy lượng nước có trong nguyên liệu bay hơi nhanh và theo khí nóng thoát ra ngoài Tốc độ sấy tùy thuộc vào nhiệt độ cài đặt

Ưu điểm: năng suất lớn, cường độ sấy cao và đông đều, cấu tạo đơn giản, có thể cơ khí hóa

và tự động hóa hoàn toàn

Nhược điểm: khó điều chỉnh chế độ làm việc, vật liệu dễ vỡ vụn, bụi; Chỉ sấy được các vật liệu có kích thước và khối lượng riêng đồng đều

Thiết bị sấy tầng sôi mặc dù có thể dùng để sấy lá trà nhưng về mặt kinh tế nó lại không phù hợp, và một chút khó khăn trong việc chỉnh nhiệt độ sấy cho quá trình sấy lá trà

1.3.4 Thiết bị sấy thùng quay

Thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy các dạng hạt, cục nhỏ được sử dụng rộng rãi trên thị trường Trong quá trình sấy hạt được đảo trộn mạnh nhờ các cánh quạt bên trong thùng máy và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy (có thể là không khí nóng, khói lò, ) nên có quá trình sấy nhanh và đều Thiết bị này thường được dùng để sấy các loại chất liệu công nghiệp như gạch sấy, sợi và các vật liệu xây dựng khác

Cấu tạo của máy gồm phễu đầu vào, cụm đầu thùng và cụm đuôi thùng nhằm nhập vật liệu vào và lấy ra ở đuôi thùng Máy sấy thùng quay thường được thiết kế hình trụ nằm ngang nhằm mục đích xoay đều, phân tán đều vật liệu trong quá trình sấy Quạt sấy công nghiệp thường là quạt hút hướng trục giúp đẩy không khí nóng đi qua thùng quay

Ưu điểm: thân thiện với môi trường ít ô nhiễm, có độ tự động hóa cao, dễ vận hành, ít khi

bị hỏng hóc, có công suất lớn

Nhược điểm: Chi phi đầu vào và năng lượng cao, việc phải đảo trộn bên trong thường xuyên

sẽ tạo ra bụi và nếu không vệ sinh thường xuyên sẽ bị giảm hiệu suất

Máy sấy thùng quay không phù hợp để sấy lá trà vì khi sấy không kiểm soát nhiệt độ hợp

lý sẽ gây cháy hoặc đen lá trà, và chi phí đầu vào quá cao khiến cho thiết bị sấy thùng quay cũng không phù hợp để sấy trà

Hình 1 4 Thiết bị sấy thùng quay

1.3.5 Thiết bị sấy phun

Thường được sử dụng để sấy các nguyên liệu có dạng cao lỏng sang bột khô, chỉ thích hợp sấy các nguyên liệu có tỷ lệ đường thấp hoặc không có đường Thường được sử dụng để sấy sữa bột hoặc cà phê bột

Cấu tạo gồm bơm cấp liệu để đẩy nguyên liệu vào buồng sấy, tại đây bộ phận phun sương

sẽ phun phân tán các dịch lỏng nguyên liệu ra thành các tia nhỏ giọt giúp cho tác động nhiệt lúc sấy sẽ khô nhanh hơn Sau đó được Cyclone trích ly ra khỏi khí xả và chuyển để chỗ đựng sản phẩm

Ưu điểm: Có thế kiểm soát được kích thước bột, vận hành được trong thời gian dài, đem lại năng suất cao

Nhược điểm: Chỉ ứng dụng được với nguyên liệu dạng lỏng và tạo ra sản phẩm dạng bột Thiết bị sấy phun không thể dùng để sấy lá trà được vì thiết bị này chỉ sấy được những nguyên liệu lỏng để tạo ra sản phẩm là ở dạng bột nên nó không phù hợp để sấy trà

Hình 1 5 Thiết bị sấy phun

1.3.6 Thiết bị sấy băng tải

1.3.6.1 Khái niệm

Hình 1 6 Thiết bị sấy băng tải

Máy sấy băng tải là một loại thiết bị sấy sử dụng băng tải để vận chuyển vật liệu qua buồng sấy Băng tải có thể được làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm lưới thép, thép không gỉ và nhựa Buồng sấy có thể được nung nóng bằng nhiều phương tiện

khác nhau, bao gồm điện, khí đốt và nhiên liệu lỏng

1.3.6.2 Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm: sấy được nhiệt vật có hình dạng và kích thước khác nhau, vật liệu được trải đều trên băng tải nên quá trình sấy nhanh và đều hơn

Nhược điểm: Chi phí đầu tư lớn, không sấy được các dạng dung dịch lỏng và bột mịn Kích

thước hệ thống sấy lớn, chiếm nhiều diện tích

1.3.6.3 Cấu tạo hệ thống sấy băng tải

Băng tải có thể được làm từ nhiệu loại vật liệu khác nhau như lưới thép, thép không ghỉ, băng tải chuyển động dựa trên các tang quay, các băng tải này nằm trên các con lăn để không bị võng xuống Băng tải có thể xếp thành 1 tầng hoặc nhiều tầng

Hệ thống thông gió sẽ gồm có các cánh quạt có nhiệm vụ hút không khí từ bên ngoài vào qua đường ống dẫn đến hệ thống gia nhiệt từ đó được gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định bằng caloriphe hơi nước hoặc gia nhiệt bằng điện trở, rồi theo đường ống được đẩy vào buồng sấy để gia nhiệt

Buồng sấy là nơi diễn ra quá trình sấy Buồng sấy được thiết kế để giữ nhiệt và đảm bảo luồng khí nóng lưu thông đều khắp Buồng sấy có thể được làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm thép không gỉ, thép tấm và nhôm Có các ống dẫn khí để dẫn khí nóng từ buồng đốt vào và dẫn khí thải ra ngoài môi trường, ngoài ra còn có các bộ phận các như bộ điều chỉnh giúp điều chỉnh độ nghiêng và cao của băng tải giúp tối ưu hóa quá trình sấy

1.3.6.4 Lí do nên chọn hệ thống sấy băng tải để sấy trà

Khi qua một tầng băng tải vật liệu sẽ được đảo trộn và xếp lại giúp tăng bề mặt tiếp xúc với tác nhân sấy giúp tăng tốc độ sấy

Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí

Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như trà

Có thể thực hiện sấy cùng chiều, ngược chiều, hay chéo chiều Hoạt động liên tục

Thiết bị sấy băng tải có thể cung cấp nhiệt độ sấy chính xác giúp cho trà có thể bảo quản được hương vị và đảm bảo được chất lượng của lá trà giúp cho sản phẩm đạt chất lượng cao Sấy băng tải giúp cho lá trà có thể sấy đồng đều trên toàn bộ bề mặt mà không bị phá hủy cấu trúc do áp lực quá mạnh như các loại sấy khác Ngoài ra thiết bị sấy băng tải còn

có kích thước nhỏ gọn hơn một số thiết bị sấy khác giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng tích hợp trong các nhà máy hơn so với các loại máy có kích thước lớn khác

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH 2.1 Sơ đồ công nghệ

2.2 Thuyết minh lưu trình

Ngay khi quá trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym Muốn vậy trong công nghệ chế biến trà hiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thời tạo

ra những chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hồn thiện chất lượng sản phẩm

Trà có độ ẩm ban đầu là 65% trong bồn chứa nguyên liệu, được gầu tải đưa vào bộ phận nhập liệu Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ, giúp chè được đưa vào sấy liên tục, không bị nghẽn lại ở đầu băng tải Sau đó tay gạt sẽ điều chỉnh độ dày của lớp chè trên băng tải Khi lá chè được chuyển vào hầm sấy sẽ được băng tải chuyển đến cuối băng tải

thứ nhất sau đó đổ xuống băng tải bên dưới là băng tải thứ 2 rồi tiếp tục cho đến khi đến băng tải cuối và được đẩy ra thùng chứa vật liệu khi này chè có độ ẩm là 5%

Tác nhân sấy: Không khí (25℃) được hết vào bằng quạt đẩy qua caloriphe được gia nhiệt đến nhiệt độ 100℃ và theo đường ống đi vào trong hầm sấy Không khí nóng đi qua các băng tải rồi được quạt cuối hầm hút thải ra ngoài môi trường Một số lá chè đi theo không khí nóng sẽ được cyclon thu hồi

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Chọn tác nhân sấy và chế độ sấy

Trà sau khi thu hoạch và sau quá trình lên men độ ẩm còn lại trong mẻ trà thường là 65% Chọn độ ẩm trà trước khi sấy là W1 = 65%

59-Để đảm bảo trà sau khi đi sấy đạt độ tơi xốp theo yêu cầu mà không bị gãy vụn, không bị mốc, theo tiêu chuẩn Việt Nam độ ẩm trà sau khi sấy đạt 3-5% Chọn độ ẩm trà sau khi sấy

là W2 = 5%

Cần khống chế chặt chẽ nhiệt độ sấy, không được sấy ở nhiệt độ cao quá; nếu sấy ở nhiệt

độ quá cao, dầu thơm trong chè sẽ bị tổn thất nhiều, chè bị khô khét, hương thơm kém Theo kinh nghiệm thì chè khô có thể chịu được nhiệt độ trên dưới 100°C, do đó ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị là t1 = 100°C

Để đảm bảo tính kinh tế, giảm tổn thất nhiệt do tác nhân mang đi đồng thời đẩm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương sau khi sấy, độ ẩm tương đối sau sấy không quá bé nhưng cũng không quá gần trạng thái bão hòa Do đó chọn nhiệt độ tác nhân ra khỏi buồng sấy t2

= 40°C

Như vậy các thông số ban đầu được xác định như sau:

Năng suất tính theo sản phẩm: G2 = 300kg/h

Độ ẩm vật liệu vào: W1 = 65%

Độ ẩm vật liệu ra: W2 = 5%

Nhiệt độ tác nhân sấy vào hầm sấy: t1 = 100°C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi hầm sấy: t2 = 40°C

Nhiệt độ không khí vào Calorife: t0 = 30°C

3.2 Thông số tính toán không khí

3.2.1 Không khí trước khi vào calorife (Điểm A)

t0 = 30 °C ; φ = 85%

Áp suất hơi bão hòa: Pbh = exp (12 − 4026,42

235,5+t°C) bar (2.31[1])

Chọn B = 1atm, B = 1,013 bar

d0 = 0,621 φPbh

B − φPbh = 0,621

0,85 × 0,04221,013 − 0,85 × 0,0422= 0,0228 kg ẩm / kg kkk Enthalpy: I0 = 1,004t + d(2500 + 1,842t) kJ / kg kk (2,25[1])

I0 = 1,004t + d(2500 + 1,842t) = 1,004 × 30 + 0,0228(2500 + 1,842 × 30) =88,38 kJ / kg kkk

3.2.2 Không khí khi đi vào calorife(Điểm B)

Chọn nhiệt độ không khí sau calorife là t1 = 100°C

3.2.3 Không khí ra khỏi hầm sấy(Điểm C)

Ta có nhiệt độ ra khỏi hầm sấy t2 = 40°C

𝑊 = G2W1− W2

1 − W1 = 300

0,65 − 0,05

1 − 0,65 = 514,29𝑘𝑔/ℎ Lượng ẩm vật liệu trước khi vào hầm sấy:

3.4 Thời gian sấy

Theo tài liệu “ Kĩ thuật chế biến chè” của I.A.Khotrolava (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dịch)

Bảng 3.2 Độ ẩm vật liệu và thời gian sấy

U’(vật liệu ướt) U(vật liệu khô) U’ U

Gọi Uth là độ ẩm tới hạn, U* là độ ẩm cân bằng

Thay vào phương trình thời gian sấy:

𝑈𝑡ℎ − 𝑈∗

𝑈𝑡ℎ − 𝑈∗6,07 − 𝑈∗Giải hệ 3 phương trình trên ta được: Uth = 79,57%; U* = 0,38%; N = 528,52 kg ẩm / (kg vật liệu khô)

Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ U0 = 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy của đề tài) thì tốn khoảng thời gian là:

𝜏 = 150 − 79,57

528,52 +

79,57 − 0,38528,52 𝑙𝑛

79,57 − 0,385,26 − 0,38

= 0,4997h = 29,98 phút ≈ 30 phút

Vậy thời gian sấy là 30 phút

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Băng tải

4.1.1 Số lượng băng tải

Khối lượng riêng của trà có W1 = 65%

Khối lượng riêng của trà: 𝜌𝑜 = 24 kg/m3

Thay vào công thức ta được:

Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị:

V = 𝑉1𝑡 = 𝐺1

𝜌𝑛 𝜏 (6.28[2])

V1,G1, 𝜌1: Thể tích, khối lương và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị:

𝜏:Thời gian sấy

→ 𝑉1 =𝐺1

𝜌1 =814,29

65,64 = 12,41 m3/h Năng suất của thiết bị sấy băng tải:

V1 = 𝛿𝐵𝐿𝑏

𝜏 (6.29[2])

Gọi:

B: chiều rộng của lớp băng tải (m)

h: chiều dài lớp vật liệu sấy trên băng tải trong khoảng 50-250mm, chọn h = 0,15m (Trang

119 – Giáo trình kĩ thuật sấy nông sản)

𝜔: vận tốc của băng tải (m/p), chọn 𝜔 = 0,4m/p

Lb: Chiều dài băng tải (m)

Li: Chiều dài phụ thêm, chọn Li = 1m

Chọn B = 1,3m, thay số vào phương trình ta được:

𝐿𝑏 =𝑉1𝑇

𝐵ℎ + 𝑙𝑖 =

12,41 × 0,51,3 × 0,15 + 1 = 32,82𝑚 ≈ 33𝑚 Chọn số tầng băng tải i = 3 băng tải, mỗi băng tải có chiều dài Lb = 11m Băng tải làm bằng Inox đục lỗ dày 2.5cm

4.1.2 Tính con lăn đỡ băng

Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải:

Kích thước con lăn: Đường kính: d= 60mm, chiều dài 1500mm, vật liệu: thép CT3

Kich thước bánh lăn: Đường kính: d = 150mm, chiều dài 1500mm, vật liệu thép CT3

4.2 Kích thước hầm

Chiều dài làm việc của phòng sấy: Lh = Lb + 2Lbs = 11 + 2 × 0,5 = 12m

Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng là 0,4m

Trần được làm bằng thép CT03 dày 𝛿3 = 50mm

Có lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh 𝛿4 =50mm

Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là:

V0: lưu lượng tác nhân sấy

Ftd: tiết diện tự do giữa 2 tầng băng tải:

Phễu nhập liệu: Ống phễu bên ngoài có chiều dài 1,5m, chiều rộng 1m Ống phễu bên trong

có chiều dài 0.9m, chiều rộng 0,4m Khoảng cách từ đầu hầm sấy đến phễu là 1,3m

Nơi xuất liệu: Chiều rộng bằng chiều rộng của hầm sấy = 1,8m, chiều dài 0,3m, chiều cao 0,36m

4.3 Động cơ băng tải

Vì băng tải di chuyển với vận tốc thấp (số vòng quay của tang nhỏ)

𝑣 = 𝐿𝑏𝜏3600=

330,5 × 3600 = 0,0183𝑚/𝑠 Vận tốc của tang:

𝑁 = 𝑃𝑣1000P: Lực kéo băng tải

 = 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng

 = 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn

 = 1: hiệu suất của khớp nối

 = 0,972 × 0,9953 × 1 = 0,927

Để đảm bảo cho băng tải trên cùng quay đúng vận tốc đặt ra ta phải nhân thêm 0,942 vào hiệu suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải),

𝑁𝑐𝑡 = 0,134

0,927 × 0,942 = 0,164 𝑘𝑊

 Ta chọn động cơ loại A02-41-8, bảng 28[9] T323 ta có các thông số sau:

Công suất động cơ: Nđc = 2,2kW

ibn: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh

ibt: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm

4.3.2.1 Cơ cấu truyền động giữa 2 tầng băng tải: tính theo tài liệu [3]

Chọn loại đai vải cao su

Đường kính bánh đai dẫn (5-6)[3]

𝐷1 = (1100 ÷ 1300)√𝑁1

𝑛13

𝑚𝑚

𝐷1 = 1100√1,025

2,42

3

= 826𝑚𝑚 Theo bảng 5.1 [9], ta chọn D1 = 900mm

𝜋

2(0,9 + 0,9) = 5,35𝑚 Góc ôm 1 = 2 180 độ vì D1 = D2

Định tiết diện đai:

Chiều dày đai 𝛿

Lấy ứng suất căng ban đầu 81, o = N/mm2

Theo trị số 𝐷1

13,5 = 66,7 Tra bảng 5-5[9] tìm được [p]o = 2,35 N/mm2

Các hệ số: Ct = 0,8 (bảng 5-6[9]), C = 1 (bảng 5-7[9]), Cv = 1,03 (bảng 5-8[9]), Cb = 1 (bảng 5-9[9])

Chiều rộng b của bánh đai tính theo công thức:

𝑏 > 1000𝑁

𝑣𝛿[𝜎𝑝]0𝐶𝑡𝐶𝛼𝐶𝑣𝐶𝑏 =

1000 × 0,1340,114 × 13,5 × 2,35 × 0,8 × 1 × 1,03 × 1 = 44,96𝑚𝑚 Tra bảng 5-4[9] ta chọn b = 50mm

Định chiều rộng bánh đai (bảng 5-10[9]) B = 60 mm