Công nghệ sấy chè

Công nghệ sấy chè

Quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằngnhiệt gọi là quá trình sấy Người ta phân biệt sấy ra làmhai loại :sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên dùng năng lượng mặt trời đêí làm bay hơinước trong vật liệu nên đơn giản ,ít tốn kém tuy nhiên khóđiều chỉnh được quá trình sấy và vât liệu sau khi sấyvẫn còn độ ẩm cao Trong công nghiệp hoá chất thườngngười ta dùng sấy nhân tạo,tức là phải cung cấp nhiệtcho vật liệu ẩm .Phương pháp cung cấp nhiệt có thểbằng dẫn nhiệt ,đối lưu ,bức xạ hoặc bằng nănglượng điện trường có tần số cao

Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm,do đóviệc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thựcphẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặcbiệt .Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm nănglượng,nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bịsấy phù hợp cho từng loại thực phẩm ,nông sản phùhợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn nước ta.Từ đótạo ra hàng hóa phong phú có chất lượng cao phục vụcho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước

1.2 BIỆN LUẬN ĐỀ TĂI

Để thực hiện quâ trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết

bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, mây sấy thùngquay, sấy phun, sấy tầng sôi, mây sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tâc nhđn, quạt,bơm vă một số thiết bị phụ khâc, …

Trong đồ ân năy em sẽ tính toân vă thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải Thiết

bị sấy loại năy thường được dùng để sấy câc loại rau quả, ngũ cốc, câc loại nôngsản khâc, sấy một số sảm phẩm hoâ học … Trong đồ ân của mình em sử dụng vậtliệu sấy lă chỉ với tâc nhđn sấy lă hỗn hợp không khí nóng

Chỉ lă một cđy công nghiệp lđu năm, thích hợp nhất đối với khí hậu nhiệtđới Chỉ không đơn thuần chỉ lă thứ cđy được dùng để “giải khât” mă đê trở thănhmột sản phẩm có nhiều công dụng Chế biến chỉ không chỉ cung cấp phục vụ nhucầu trong nước mă còn để xuất khẩu, yíu cầu về đầu tư thiết bị ít tốn kĩm hơn câcloại nông sản khâc

Trong công nghệ sản xuất chỉ thì sấy chỉ lă một khđu rất quan trọng Chỉsau khi thu hoạch qua chế biến sẽ được sấy khô Sau khi sấy chỉ phải đạt được độtơi, độ khô nhất định theo yíu cầu để đảm bảo chất lượng vă tăng thời gian bảoquản

Với câc yíu cầu về hình thức, vệ sinh vă chất lượng sản phẩm người ta sửdụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải lăm việc liín tục với tâc nhđn sấy

lă không khí nóng có tuần hoăn một phần khí thải

Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương phâp đối lưu Ưu điểm củaphương thức sấy năy lă thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, do cótuần hoăn một phần khí thải nín dễ dăng điều chỉnh độ ẩm của tâc nhđn sấy, tốc

độ của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khâ cao, hiệu quả

PHẦN 2 : SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ & THUYẾT MINH

2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA QUÂ TRÌNH

Với câc thiết bị vă phương thức sấy như đê chọn, ta có sơ đồ công nghệ của quâtrình sấy chỉ như sau :

Khí thải

Hỗn hợp khí sau khi sấy

Vật liệu văo Hơi nước Khí tuần hoăn

5 – quạt hút

2.2 THUYẾT MINH LƯU TRÌNH

Do yíu cầu về độ khô của chỉ nín dùng tâc nhđn sấy lă hỗn hợp không khínóng

Không khí ban đầu được đưa văo calorife, ở đđy không khí nhận nhiệt giântiếp từ hơi nước bêo hoă qua thănh ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống,không khí đi ngoăi ống Tại calorife, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiếtkhông khí nóng đi văo phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chỉ) cấp nhiệt cho hơinước trong chỉ bốc hơi ra ngoăi

Trong quâ trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nín có mộtphần chỉ sẽ bị kĩo theo không khí ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải vă chỉngười ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi rakhỏi phòng sấy đi văo cyclon để tâch chỉ cuốn theo vă lăm sạch Sau đó một phầnkhí thải được quạt hút ra đường ống dẫn khí để thải ra ngoăi không khí Một phầnkhí cho tuần hoăn trở lại trộn lẫn với không khí mới tạo thănh hỗn hợp khí đượcquạt đẩy đẩy văo calorife Hỗn hợp khí năy được nđng nhiệt độ đến nhiệt độ cầnthiết rồi văo phòng sấy tiếp tục thực hiện quâ trình sấy Quâ trình sấy lại được tiếptục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa văo phòng sấy đi qua câc băngtải nhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trín băng tải ngượcchiều với ciều chuyển động của không khí nóng vă nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợpkhông khí nóng thực hiện quâ trình tâch ẩm

Vật liệu khô sau khi sấy được cho văo mâng vă được lấy ra ngoăi

PHẦN 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các ký hiệu

G1,G2:Lượng vật liệu trước khi văo vă sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/h)

Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước vă sau khi sấy, tính theo % khối lượng vậtliệu ướt

W: Độ ẩm được tâch ra khỏi vật liệu khi đi qua mây sấy , (Kg/h)

L:Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

xo:Hăm ẩm của không khí trước khi văo caloripher sưởi , (Kg/Kgkkk)

x1,x2: Hăm ẩm của không khí trước khi văo mấy sấy (sau khi đi quacaloripher sưởi) vă sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/Kgkkk)

3.2 Các thông số ban đầu

Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè với

năng suất khoảng 1400tấn/ năm

Giả thiết một năm nhà máy làm việc 350 ngày ,mỗi ngày

làm 20 giờ Vậy năng suất trung bình trong một giờ là

G2= 200

20

* 350

1400000

Chè sau khi thu hoạch được sơ chế sơ bộ trước khiđem vào phòng sấy.Độ ẩm của chè lúc này đạt khoảngtừ (60-65)% .Chọn độ ẩm của chè trước khi sấy là

W1=63%.Để sản phẩm chè sau khi sấy đạt được độkhô,tơi,xốp theo yêu cầu mà không bị gãy vụn,không bịẩm mốc thì ta khống chế độ ẩm ra của chè đạt khoảng

W2=5%

Theo kinh nghiệm chè khô có thể chịu được nhiệt độtrên dưới 1000C.Do đó ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vàothiết bị sấy là t2=1000C.Để đảm bảo tính kinh tế,giảmtổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi đồng thời đảmbảo không xảy ra hiện tượng đọng sương sau khi sấy,tachọn t2 sao cho độ ẩm tương đối không quá bé nhưngcũng không quá gần trạng thái bão hoà Do đó nhiệt độtác nhân ra khỏi buồng sấy được chọn sơ bộ khoảng

t2=700C

Thông số không khí ngoài trời được xác định tại

thành phố Đà Nẵng

Như vậy,các thông số ban đầu được xác định là:

Năng suất tính theo sản phẩm : G2 =200 kg/h

Độ ẩm vật liệu văo : W1 = 63%

Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 5%

Nhiệt độ tâc nhđn sấy văo : t1 = 1000C

Nhiệt độ tâc nhđn sấy ra : t2 = 700C

Nhiệt độ không khí ngoăi trời : t0 = 260C ,Pobh =0.0343 at

obh o

P P

* 81 0 033 1

0343 0

* 81 0

-Nhiệt lượng riíng của không khí:

Io=Ckkk*to+xo*ih , ( J/kgkkk ) {sâch QTTBII- trang 156}Với Ckkk: nhiệt dung riíng của không khí ,J/kg độ

Ckkk= 103 J/kg độ

to: nhiệt độ của không kh í to= 26oC

ih: nhiệt lượng riíng của hơi nước ở nhiệt độ to , J/kg

Nhiệt lượng riêng ih dược xác định theo công thứcthực nghiệm

ih=ro+Ch *to=(2493+1.97to)103 , J/kg {sâch QTTBII _ trang 156} Trong đó: ro=2493*103

:nhiệt lượng riíng của hơi nước ở 0oC

Ch= 1.97*103: nhiệt dung riíng của hơi nước , J/kg độ

Từ đó ta tính được Io=69.76*103 J/kgkkk hay Io=69.76 (kJ/kgkkk)

-Trạng thâi của không khí sau khi ra khỏi caloripher lă: t1=100oC,P1bh=1.02 atKhi đi qua caloripher sưởi, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩmkhông thay đổi

P x

1 1

I2  * 2

=

0 0

2 2

*

*

t C r

t C I

* 97 1 10

* 2493

70

* 10 10

* 268 146

3 3

3 3





=0.029 (Kg/Kgkkk)  

bh

kq

P x

P x

2 2

2 2

622 0

3.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Trong quâ trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mât vật liệu,lượngkhông khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quâ trình sấy.Vậylượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy lă:

W W

G1=G2+W=200+313.5=513.5 (Kg/h)

3.3.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Cũng như vật liệu khô ,coi như lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấykhông bị mất mât trong suốt quâ trình sấy.Khi qua quâ trình lăm việc ổn địnhlượng không khí đi văo máy sấy mang theo một lượng ẩm lă :Lx1

Sau khi sấy xong , lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu lă W do đó không khí cóthím một lượng ẩm lă W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi mấy sấy lă Lx2 thì ta có phương trìnhcđn bằng:

Lx1+W=Lx2 {sách QTTBII_ trang 165}

L =

1 2

W

x

x  (Kg/h)

Thay số L = 0.0293130.5.0172

 = 26567.8 ( Kg/h)Với L lă lượng không khí khô cần thiết để lăm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu

8 26567

l = WL =

1 2

1

x

x  (Kg/Kgẩm) {sách QTTBII_ trang 166}Khi đi qua calorifer sưởi không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thayđổi hăm ẩm, do đó xo=x1 nín ta có:

l =

1 2

1

x

0 2

1

x

x  Thay số văo ta có

l = 0.029 10.0172

 = 84.745 (Kg/Kgẩm)

3.4 Quá trình sấy hồi lưu lý thuyết

Quâ trình hoạt động của hệ thống năy lă:

Tâc nhđn sấy đi ra khỏi buồng sấy có trang thâi t2,  2,x2 được hồi lưu lại vớilượng lH vă thải ra môi trường lt Khối lượng lH được hoă trộn với không khí mới

có trạng thâi lă t0, o ,x0 với lượng l0

Sau khi được hoà trộn,ta được lượng không khí là

l ,được quạt hút và đẩy vào calorife để gia nhiệt đếntrạng thái I1,t1,1 rồi đẩy vào buồng sấy

Vật liệu ẩm có khối lượng lă G1 đi văo buồng sấy vă sản phẩm ra lă G2 Tâcnhđn đi qua buồng sấy đê nhận hơi nước bay hơi từ vật liệu sấy đồng thời bị mấtnhiệt nín trạng thâi của nó lă x2 ,t2, 2

Gọi xM,IM lă trạng thâi của hổn hợp khí ở buồng hoă trộn

2 { sach QTTBII_ trang 176} (Kg/Kgkkk)

= 0.0231 (Kg/Kgkkk)

Nhiệt lượng riêng của hổn hợp không khí là:

IM=

n

nI I



 1

x

x I

3 3

310

*97.110

10

*2493

* 10

* 97 1 10

0231 0

* 10

* 2493

* 10

* 03 108

3 3

3 3





= 48.250C , Suy ra PMbh=0.11(at)

) 622 0



M Mbh

kq M

M P x

P x

1 1

4.1 Tính toán thiết bị chính 4.1.1Thể tích của không khí

a/Thể tích riíng của không khí văo thiết bị sấy:

v1=

bh

P P

RT

1 1

b/Thể tích không khí văo phòng sấy:

V1=L*v1=26567.8*1.085=28826.1 (m3/h)c/ Thể tích riíng không khí ra khỏi phòng sđy lă:

v2=

bh

P P

RT

2 2

2



 ,với T2=70+273=343K,2  0 1496,P2bh=0.3177at

Thay số vào ta có :

v2 =1 033 0 1496 * 0 3177* 9 81 * 10 4

343

* 287



v2 = 1.018 (m3/Kgkkk)

d/Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy:

V2=Lv2=26567.8*1.018=27046.0 (m3/h)e/Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

4.1.2 Thiết bị sấy kiểu băng tải

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng hình chữ

nhật trong đó có một hay vài băng tải chuyển động nhờcác tang quay,các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bịvõng xuống.Băng tải làm bằng sợi bông tẩm cao su,bảnthép hay lưới kim loại,không khí được đốt nóng trongcarolifer.Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,đượccuốn vào giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trêncùng.Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vìlớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị cónhiều băng tải được sử dụng rộng rãi hơn.Ở loại nàyvật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơixuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại.Khi

đến cuối băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ vàongăn tháo.

Không khí nóng đi ngược với chiều chuyển động củacác băng Để quá trình sấy được tốt,người ta cho khôngkhí di chuyển với vận tốc lớn,khoảng 3m/s ,còn băng thì dichuyển với vận tốc ( 0.3-0.6) m/ph

Chọn kích thước băng tải

Gọi Br : Chiều rộng lớp băng tải (m)

h : Chiều dăy lớp tră (m) ,Lấy h=0.1(m)

 : Vận tốc băng tải , chọn  =0.4 m/ph

 : Khối lượng riíng của chỉ , Chọn 320 3

* 320

* 1 0

5 513

=0.6686(m)

-Chiều rộng thực tế của băng tải là :

Btt=



r B

, với  là hiệu số hiệu chính

Chọn  =0.9 ,ta có Btt=0.06686.9 = 0.7429 (m)

Gọi Lb : Chiều dăi băng tải ,m (chiều dài một mặt)

ls: Chiều dăi phụ thím, chọn ls=1.2 (m)T: Thời gian sấy, chọn T=30 phút=0.5 giờ

h B

T G

tt

320

* 1 0

* 7429 0

5 0

* 5 513

 =12(m) Vậy Lb=12(m)

-Băng tải chỉ sử dụng một dđy chuyền nín ta chọn chiều dăi của một băng tải lă4(m) suy ra số băng tải lă 3

Đường kính của băng tải d=0.3m

-Phòng sấy được xđy bằng gạch

-Bề dăy tường 0.22 (m) có:

+Chiều dăy viín gạch 0.2( m)

+Hai lớp vữa hai bín 0.01 (m)

-Chiều cao lăm việc của phòng sấy:

Hph = 0.3+0.1*3+0.2*4 = 2 ( m )-Chiều rộng lăm việc của phòng sấy:

Rph = 0.7429+0.66 = 1.4029 (m)Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường lă:

Lng = 5.2+2*0.22 = 5.64(m)Hng = 2.0+0.02+0.15 = 2.17 (m)Rng = 1.4029+0.22*2 = 1.8429 (m)

4.1.4Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

a/Vận tốc của không khí trong phòng sấy:

* 2

05 27936

ph ph

tb kk

R H

Với: Re: lă hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng

ltđ Đường kính tương đương

ltđ =

ph ph

ph ph R H

R H



*

* 2

=

4029 1 2

4029 1

* 00 2

* 2

70

100 

= 85oC-Từ nhiệt độ trung bình năy tra bảng phụ 9 trang 130 sâch “kĩ thuật sấy nông sản”

ta được  0.031 (W/moK)

21.06*10 6(m2/s)

Vậy Re = 21 06 * 10 6

649 1

* 77 2

2 1ln

t t

t t

t

 =70-26 = 44oC Vậy t tb=

44

74 ln

44

74 

= 57.71oC

4.2 Tính tổn thất nhiệt 4.2.1 Tổn thất qua tường α1

-Tường xđy bằng gạch dăy 0.22 (m) Tt1

-Chiều dăy viín gạch gach=0.2 (m)

Gọi  1 lă hệ số cấp nhiệt từ tâc nhđn sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

L

= 649 1

2 5

Nu

2

031 0

* 300

ttbk = 85

2

70 100



CGọi ttblă nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độtrung bình của tác nhđn sấy

ttb = 77 5

2

85 70



CChuẩn số Gratket : Đặt trưng cho tâc dụng tương hổ của lực ma sât phđn tửvà lực nđng do chính lệch khối lượng riíng ở câc điểm có nhiệt độ cao khâc củadòng,ký hiệu Gr





với g lă gia tốc trọng trường g=9.8(m/s2 )

Hph Chiều cao của phòng sấy ,m t1 = ttbk-tT1= 85-77.5 = 7.5 , T=ttbk +273=358K

Suy ra Gr=

358

* 10

* 09 21

5 7

* 2

* 8 9

12 2

Nu

=

2

031 0

* 8 115

 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Ta có nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến môitrường xung quanh :

q1= 1* t 1=7.68*(85-70)=113.7 ,KJ/kg ẩmTrong quâ trình truyền nhiệt ổn định thì:

q1=





3 1

2 1

2 1 1 3

1 ,  , 

 : bề dăy câc lớp tường ,m  1 ,  2 ,  3: Hệ số dẫn nhiệt tương ứng , W/mđộ

01 0

2

 _ Bề dăy lớp vữa có 1  2  1 2(w/mđộ)

m

2 0

2 0 2 1

01 0 2 1

01 0



CTại nhiít độ Tbg năy tra bảng ta tính đươc : 2 67 * 10  2

Gr=

9 12

2

3 2

2

3

10

*74.122731310

*024.16

13

*17.2

*81.9

0267 0

* 9 157

T T

t t

C kk T

o n



Với

n

 :Độ đen của vữa lấy n= 0.9

Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối ,lấy C0=5.67

312 26

39

76 5

* 9

q2 = 2* t2  8 02 * 13  104 3 ,KJ/kg ẩm

So sânh 0 08 8 %

7 113

3 104 7 113

Vậy tổn thất qua tường

Qt=3.6*k*F * t tb

Mà F = 2*L*H+2*R*H=2*5.2*2+2*1.4029*2=26.4(m)

k = 0.276 1.88

11 8

1 58 7 1

1 1

1

1 3 1 2 1

2 1

t t

6 10309

 2tr  1 3 *  2=1.3*8.11=10.543 ,W/m2K

Do đó hệ số truyền nhiệt qua trần Ktr bằng

543 10

1 058 0

15 0 55 1

02 0 58 7 1

1 1

1

1

2 3

3 2

2 1

Nhiệt tải riêng

1 5 0

005 0 58 7 1

1 1

1 1

2 4

4 1

Qc= 3.6*Kc*Fc{(t1-t0)+(t2-t0)}

Thay số ta có : Qc26)+(70-26)}=4493.5 (KJ/h)

qc=

5 313

5 4493

q1=50W/m Do đó tổn thất qua nền bằng:

Qn=3.6*Fn*q1=3.6 (5.2*1.4029)50=1313.1 (KJ/h)

Suy ra qn=

5 313

1 1313



W

Q n

=4.19 (KJ/kg ẩm)Như vậy tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu baoche ra môi trường xung quanh bằng:

Qmt=Qt+Qc+Qtr+Qn=16658.5 (KJ/h)

qmt=

5 313

5 16658



W

Q mt

=53.14(KJ/kg ẩm)

4.2.5 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Trong sấy nông sản,nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết

bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứngtừ (510)0C.Trong hệ thống sấy này ,vật liệu sấy vàtác nhân sấy chuyện động ngược chiều nên tV2=t1-(5

10)0C.Vì vậy ta lấy tV2=100-10=90 0C

Do đó nhiệt dung riêng của chè ra khỏi phòng sấy :

CV2=Cvl * (1- 2 ) C n 2

Với Cvl : nhiệt dung riíng của chỉ ,lấy Cvl=0.37(KJ/KgoK)

C : nhiệt dung riíng của nước ,lấy C=4.18 (KJ/Kgđộ) Thay số ta có: CV2 =0.37*4.18(1-0.05)+4.18*0.05

 2= 70oC nhiệt độ của vật liệu khi ra khỏi mấy sấy

-Vậy nhiệt lượng bổ sung thực tế: