Thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá 5 tấn giờ

Ưu điểm cảu công nghệ này do tách được phần lớn lượng dầu, lượng nước nên quá trình làm khô nhanh, nhiệt độ sấy không cao sử dụng nhiệt từ nồi hơi chi phí cho quá trình làm khô thấp, s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

MSSV: 1076724 Lớp: Cơ ki chế biến A2 Khóa: 33

Cần Thơ: 30/05/2011

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiên đề tài tốt nghiệp, người thực hiện đã nhận được sự

giúp đỡ tận tình của các thầy cô Khoa Công Nghệ- Trường Đại Học Cần Thơ trong việc hướng dẫn, cung cấp tài liệu cho sinh viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Đặc biệt xin cảm ơn thầy Trần Văn Nhã, người đã tận tình hướng dẩn và có những đóng góp hết sức thiết thực và hữu ích để sinh viên thực hiện có thể hoàn thành được đề tài

Xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy bộ môn máy nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch

Xin cảm ơn sư giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong thư viện khoa đã hổ trợ người thực hiên trong việc tìm kiếm tài liệu

Đồng thời xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của bạn bè, sự giúp đỡ của người thân để đề tài có thể hoàn thành tốt nhất

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 0

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN XUÂT BỘT CÁ 6

I Tình hình sản xuất bột cá làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn gia súc 6

1.1 Tình hình thực tế chăn nuôi gia súc: 6

1.2 Tình hình nguyên liệu bột cá trong nước: 6

1.3 Tình hình sản xuất bột cá ngoài nước: 7

II Công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá 7

2.1 Tổng quan về công nghệ và dây chuyền thiết bị: 7

2.1.1 Quá trình công nghệ sản xuất bột cá không ếp tách dầu: 7

2.1.2 Quy trình công nghệ sản suất bột cá tách dầu, tách nước: 8

2.2 Công nghệ và dây chuyền sản suất bột cá ở Viết Nam: 11

2.2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá trong nước: 11

2.2.2 Công nghệ sản xuất bột cá trong nước: 12

2.3 Tìm hiểu về dây chuyền sản suất bột cá 13

2.3.1 Lý thuyết về công nghệ sản xuất: 13

2.3.2 Thực tế sản xuất: 14

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY 16

I Giới thiệu quá trình sấy và thiết bị sấy 16

1.1 Giới thiệu về quá trình sấy: 16

1.2 Các giai đoạn trong quá trình sấy: 16

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy: 18

1.4 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy sấy cá: 19

II Tính toán công nghệ 21

2.1.Tính lượng nhiệt cần cấp : 21

2.1.1 Các thông số công nghệ: 21

2.1.2 Lượng nhiệt để đun sôi cá: 22

2.1.3 Lượng nhiệt để bốc hơi: 23

2.1.4 Quá trình sấy cá: 23

2.1.5 Thời gian quá trình trong một mẻ: 24

2.1.6 Bảng thống kê 25

2.2 Xác định kích thước của thiết bị: 25

2.2.1 Kích thước cơ bản: 25

2.2.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 26

2.2.3.Tính số vòng quay của trục rỗng: 27

2.2.4 Công suất cần thiết để làm quay trục: 27

2.3 Xác định hệ số trao đổi nhiệt của máy sấy: 28

2.3.1 Xác định hiệu nhiệt độ trung bình: 28

2.3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ đến thành thiết bị 1: 29

2.3.3 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu 2: 31

2.3.4 Hệ số truyền nhiệt: 31

2.3.5 Quá trình truyền nhiêt: 32

III Tính toán cơ khí cho thiết bị sấy: 33

3.1 Tính bích thiết bị: 33

3.1.1 Xác định kích thước cơ bản: 33

3.1.2 Lực vận hành 34

3.2 Tính toán bộ truyền động: 35

3.2.1 Chọn động cơ: 35

3.2.2 Xác định bộ truyền động: 37

3.2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động 37

3.2.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: 37

2.3.1 Bộ truyền xích: 38

2.3.2 Bộ truyền hộp giảm tốc: 39

2.3.3 Bộ truyền đai: 39

3.3 Tính kiểm tra bền cho hệ thống: 39

3.3.1.Kiểm tra bền cho vỏ thiết bị sấy: 39

3.3.2 Kiểm tra bền trục: 41

3.3.3 Chọn ổ lăn cho trục : 43

Chương III TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ 44

1 Lựa chọn nguyên lý nghiền 44

1.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc 45

1.2.1 Sơ đồ nguyên lý 45

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 46

3 Tính toán thiết kế 46

3.1 Bộ phận nghiền 46

3.1.1 Vận tốc nghiền đập cần thiết để phá vỡ vật thể 46

3.1.2 Xác định vận tốc của rôto nghiền 47

3.1.3 Tính toán búa nghiền: 47

3.1.4 Xác định kích thước của rôto 48

3.2 Tính công suất sơ bộ và chọn động cơ 49

3.3 Tính năng suất của máy nghiền 51

3.4 Thiết kế bộ truyền động 52

3.4.1 Thiết kế bộ truyền đai 52

3.4.2 Tính trục 55

3.4.3 Thiết kế ổ lăn 61

3.4.4 Tính then 63

3.5 Các bộ phận khác 65

3.5.1 Tính toán chốt lắp búa 65

3.5.2 Tính bền đối với đĩa rôto 69

3.5.3 Lưới nghiền 70

3.5.4 Má nghiền (mấu nhám) 71

3.5.5 Buồng nghiền và vỏ máy 71

3.5.6 Quạt 72

3.5.7 Tính xyclôn thu sản phẩm 74

CHƯƠNG IV: VÍT TẢI 76

I Giới thiệu chung về vít tải 76

1.1 Khái niệm chung về vít tải: 76

1.1.1 Công dungcủa vít tải: 76

1.1.2 Vít tải có những ưu điểm: 76

1.1.3 Các nhược điểm của vít tải : 77

1.2 Phân loại các vít tải: 77

1.2.1 Vít tải nằm ngang: 77

1.2.2 Vít tải thẳng đứng: 78

II Cấu tạo của vít tải 78

2.1 Cấu tạo chung của vít tải: 78

2.2 Trục Vít 79

2.3 Thân máy 80

2.4 Gối đỡ trục 81

III Thiết kế và tính toán vít tải 82

3.1 Xác định công suất vít tải 82

3.1.1 Đặc tính của nguyên liệu và các thông số của vít tải : 82

3.1.2 Đường kính của vít: 82

3.1.3 Vận tốc vật liệu: 83

3.1.4 Các lực tác dụng: 83

3.1.5 Công suất vít tải: 85

3.2 Tính bền trục vít và cánh vít: 86

3.2.1 Xác định các lực tác dụng lên trục: 86

3.2.2 Xác định mô men trục vít: 87

3.3 Tính cơ khí: 89

3.3.1 Chọn động cơ truyền động cho trục vít: 89

3.3.2 Tính một số thông số trên hộp giảm tốc : 90

3.3.3 Chọn ổ lăn cho trục vít: 92

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp sản xuất bột cá chất lượng cao làm nguyên liệu cho chế biến thức

ăn chăn nuôi gia súc là rất quan trọng và mang tính cấp thiết Bột cá chiếm tỷ lệ khá lớn trong nguyên liệu thức ăn do đó có tác động lớn đến sự phát triển của ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thuỷ sản

Ở nước ta ,nguyên liệu để sản xuất bột cá là rất lớn và đa dạng Tuy nhiên hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho cá nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi trong nước đều nhập từ nước ngoài Còn lại khoảng 30% do các nhà máy trong nước nhập thiết bị nước ngoài sản xuất tại các tỉnh: Hải Dương, Đà Nẵng, Cà Mau, Kiên Giang

Nhiệm vụ đồ án của em là tìm hiểu công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất

bột cá, tính toán thiết kế một số thiết bị chính trong dây chuyền như máy sấy với năng suất 2000 Tấn bột cá/năm Dựa vào kiến thức đã học, tài liệu tham khảo, bản đồ

án được thiết kế gồm:

Phần I Tổng quan về công nghệ sản xuất bột cá

Phần II Tính toán và thiết kế máy sấy

Phần III Tính toán và thiết kế máy nghiền

Phấn IV Tính toán và thiết kế vít tải vận chuyển

Bản đồ án được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong bộ môn Máy Thiết Bị Và Công Nghệ Sau Thu Hoặch, đặc biệt em xin chân trọng gửi lời cảm

ơn toàn thể các thâỳđã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành bản đồ án này

Do còn hạn chế về trình độ và kinh nghiệm nghiên cứu nên bản đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em rất mong được thầy cô chỉ bảo thêm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN XUÂT BỘT CÁ

I Tình hình sản xuất bột cá làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn gia súc

1.1 Tình hình thực tế chăn nuôi gia súc:

Thực tế chăn nuôi ở nước ta trong thời gian qua cho thấy sự tiến bộ về công nghệ

và thiết bị chế biến thức ăn gia súc, sự đa dạng về nguyên liệu đã có tác động rất lớn làm tăng trưởng mạnh đàn gia sức, gia cầm, diện tích nuôi trồng thuỷ sản cả về số lượng và chất lượng Song điều đáng lo ngại có thể cản trở sự phát triển của nghành chăn nuôi là giá thức ăn gia súc chăn nuôi còn quá cao, giá thành thành sản phẩm chăn nuôi còn đắt hơn so với các nước trong khu vực, làm cho người chăn nuôi ít lãi hoặc không có lãi, khả năng cạnh tranh trên thị trường thế giới thấp, thậm chí một số sản phẩm chăn nuôi không xuất khẩu được Đây là thách thức lớn đặt ra cho nghành chăn nuôi cần có biện pháp hạ giá thức ăn bằng cách sản xuất, tạo nguồn nguyên liệu trong nước thay thế nhập khẩu

Nguyên nhân làm cho giá thức ăn chăn nuôi gia súc tăng cao do 1 số nguyên liệu phải nhập ngoại với giá cao, vì trong nước chua đáp ứng được cả về chất lượng lẫn số lượng sản phẩm Trong thành phần thức ăn chăn nuôi gia súc ngoài ngô, đỗ tương, khoáng lượng bột cá chiếm tỉ lệ khá lớn từ 5 -10% nguyên liệu đối với thức ăn gia cầm, 20 - 60 % với thức ăn nuôi trồng thủy sản, nhưng chiếm 15 - 50 % cơ câu giá Theo đề án đẩy nhanh công nghiệp hóa, hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn của

bộ đến năm 2010 nghành công nghiệp chăn nuôi nước ta phấn đấu đạt trung bình 25

kg thịt hơi / nguời/ năm, xuất khẩu 200000 tấn thịt, đáp ứng trên 40% lượng sữa tiêu dùngtrong nước Tổng sản lượng thuỷ sản 3,4 triệu tấn, trong đó khai thác hải sản 1,4 triệu tấn, nuôi trồng và khai thác nội địa 2triệu tấn Để có được các chỉ tiêu trên chúng

ta cần khoảng 1,2 -1,5 triệu tấn bột cá / năm làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm và nuôi trồng thuỷ sản

1.2 Tình hình nguyên liệu bột cá trong nước:

Hiện nay phần lớn bột cá cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc trong nước đều nhập khẩu chiếm khoảng 70%, gia rất cao ( 7000 – 8000 đồng /

kg ) từ các nước như: Peru, Chilê, Nhật, Trung Quốc Tuy nhiên hàm lượng dầu thấp sản xuất theo công nghệ ép tách dầu, số ít của Thái Lan, Malai còn lại 30% do hơn

10 nhà máy trong nước nhập thiết bị nước ngoài sản xuất nằm tại các tỉnh Hải Dương,

Đà nẵng, Kiên Giang và một số cơ sở khác liên doanh với nước ngoài mới được bộ thuỷ sản cho phép xây dựng ở Bà Rịa Vũng Tàu và Biên hoà, với công suất là 1000 -

3600 tấn bột cá / năm

Với tốc độ sản xuất bột cá như hiện nay các nhà máy chế biến thức ăn trong nước mới sản xuất được khoảng 30000 - 50000 tấn / năm cộng với lượng bột cá sản xuất bằng phương pháp thủ công đến năm 2010 chúng ta chỉ đáp ứng khoảng 10% nhu cầu

sử dụng, số còn lại phải nhập khẩu từ nước ngoài Vì vậy mở rộng đầu tư phát triển các nhà máy sản xuất bột cá là nhu cầu cần cấp thiết đặt ra cho các cấp, các nghành

1.3 Tình hình sản xuất bột cá ngoài nước:

Hàng năm trên thế giới sản lượng thuỷ sản đạt gần 100 triệu tấn 70% sản lượng

cá làm thực phẩm trực tiếp cho con người, còn lại 30% Dùng làm bột cá ( 25,5 triệu tấn) Về chất lượng dinh dưỡng đến có thể nói chưa có loại nguyên liệu nào thay thế được cho bột cá giàu năng lượng, hàm lượng các axít béo cao, nhiều vitamin và kích thích tốt bột cá gây cảm giác ngon miệng cho vật nuôi Có rất nhiều nước có nghành sản xuất bột cá phất triển như NaUy, Nhật Bản, Mỹ, Chi Lê, Chilê sản xuất 1155 nghìn tấn, Peru là 1287 nghìn với giá bán 500USD/tấn

Trong khu vực, các nước có nghành sản xuất bột cá phát triển, sản phẩm xuất đi nhiều nước trên thế giới là: Trùng Quốc, Đài Loan, Thấi Lan, Malai

II Công nghệ và dây chuyền thiết bị sản xuất bột cá

2.1 Tổng quan về công nghệ và dây chuyền thiết bị:

Công nghệ sản xuất bột cá hiện nay dựa trên 2 quy trình công nghệ chính là:

- công nghệ sản xuất không ép tách dầu và nước

- công nghệ sản xuất có ép tách dầu và tách nước

2.1.1 Quá trình công nghệ sản xuất bột cá không ếp tách dầu:

Công nghệ này được sử dụng ở một số nước như: Thái Lan, MaLai

sơ đồ công nghệ như sau:

Ưu điểm của công nghệ này là thiết, công nghệ sử dụng đơn giản năng suất lớn, chi phí đầu tư thiết bị thấp

Nhược điểm của công nghệ này là nguyên liệu chế biến giới hạn, cá loại nguyên còn hàm lượng dầu thấp Nếu sử dụng các loại cá có hàm lượng lipít trên 2% thì lượng dầu trong bột cá khi sấy khô vẫn còn lại 10% lượng dầu này vượt quá tiêu chuẩn cho phép Trong dây chuyền thiết bị rửa bẩn, nhớt thối, rửa mặn trong đá ướp cá nên sản phẩm

dễ lẫn tạp chất

Chi phí cho quá trình khá lớn, do nhiệt độ sấy cao nên chất lượng bột cá sản phẩm giảm, việc không tách được dầu làm bột cá dễ bị hư hỏng, thời gian bảo quản ngắn, mướn kéo dài phải sử dụng hoá chất để bảo quản Mặt khác bột cá nhiều dầu rất khó nghiền nhỏ vì vậy các nhà máy chế biến thức ăn phải trộn với các nguyên liệu khác để nghiền nhỏ được trước khi tạo viên Do vậy bột cá không tách dầu thường chỉ dùng sản xuất thức ăn cho gà, lợn,

Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng đĩa, dùng tác nhân dầu ở nhiệt độ 200 -

2500C, hiệu quả sử dụng cao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng nồi hơi), nhưng giãn

nở nhiệt rất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo, đặc biệt công nghệ gia công phức tạp, thông thường các công ty Thái Lan phải liên doanh với Mỹ để chế tạo Chính vì có nhiều hạn chế nên trên thế giới công nghệ này càng ít được sử dụng

2.1.2 Quy trình công nghệ sản suất bột cá tách dầu, tách nước:

Với các nước có nền công nghệ sản xuất bột cá hiện đại như : NaUy, Nhật bản, Đài Loan chủ yếu sử dụng công nghệ sản xuất bột cá có ép tách dầu trước khi sấy Ngoài sản phẩm chính là bột cá người ta còn thu được một sôd sản phẩm khác từ dầu

cá

khử mùi khí thải nghiền nhỏ

khí sạch đóng bao

Ưu điểm cảu công nghệ này do tách được phần lớn lượng dầu, lượng nước nên quá trình làm khô nhanh, nhiệt độ sấy không cao ( sử dụng nhiệt từ nồi hơi ) chi phí cho quá trình làm khô thấp, sản phẩm bột cá có màu sáng, chất lượng rất cao ( các loại bột cá chất lượng cao của Nhật Bản, ChiLê lượng dầu rắt thấp dưới 2%

Thời gian sử dụng lâu dài hơn 3 – 4 lần so với bột cá không tách dầu hiện nay trên thị trường bột cá chất lượng cao chế biến theo công nghệ ép dầu dễ tiêu thụ, giá cao 30-50 USD/tấn, được các nhà máy chế biến thức ăn nuôi trông thuỷ sản ưa chuộng Tuy nhiên với công nghệ này cần nhiều thiết bị hơn các thiết bị ở công đoạn sản xuất bột tuy yêu cầu công nghệ chế tạo không cao nhưng các thiết bị trong khâu tách dầu, xử lý dầu cá thành những sản phẩm cao cấp, phục vụ y học khá phức tạp nên chi phí đầu tư lớn

Trên thế giới các nước sản xuất và xuất khẩu bột cá NaUy, Nhật Bản, ChiLê, Trung Quốc là những nước dung công nghệ ép dầu, vì vậy để cạnh tranh trên thị trường quốc tế, các nước chế biến bột cá tương lai đang mở rộng quy mô sản xuất Quy trình sản xuất rất đa đạng, tuỳ thuộc vào yêu cầu sản xuất Trước đây ở Nhật Bản, Trung Quốc quy mô khá phổ biến 10, 15, 100 tấn cá/ngày, đến nay chủ yếu là nhà máy công suất 257 tấn cá / ngày Quy mô lớn hay nhỏ phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp nguyên liệu, khả năng vốn đầu tư và thị trường tiêu thụ

Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá ép tách nước:

Ở đây ta chỉ tìm hiểu với dây chuyền sản xuất bột cá không tách lấy dầu

2.2 Công nghệ và dây chuyền sản suất bột cá ở Viết Nam:

2.2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá trong nước:

bã

dầu cá trộn

2.2.2 Công nghệ sản xuất bột cá trong nước:

Ưu điểm của công nghệ này là chất lượng bột cá sản phẩm cao, thiết bị chế tạo phù hợp với trình độ công nghiệp của nước ta hiện nay

Nguyên liệu cho nhà máy là các loại cá nguyên con, cá được đưa từ tàu về hoặc trong kho lạnh bảo quản Cá trước khi chế biến được rửa sạch bằng nước ấm, có thể sử dụng nước ngưng tụ trong các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng hơi nước Để tách tạp chất, làm tan nước đá, rửa nước muối, và phân loại cá Cá có kích thước lớn qua máng cắt nhỏ, sau đó qua băng tải chuyển đến máng dần xương, mục đích của quá trình này

là làm nát xương cá kích thước lớn, tạo điều kiện cho quá trình hấp chín và ép được dễ dàng

Máy rửa được thiết ké theo nguyên lý tang quay kết hợp băng tải làm việc liên tục, máy cắt hoạt động theo nguyên lý dao quay Máy bẻ xương hoạt động theo nguyên lý trục cán

Sau khi bẻ xương, nguyên liệu đựoc chuyển đến công đoạn hấp chín bằng hơi nước nhằm mục đích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo điều kiện cho quá trình

ép tách dầu, tách nước triệt để dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị hấp dạng vít xoán làm việc liên tục, chế độ làm việc của thiết bị được thiết kế đảm bảo nguyên liệu sau khi qua máy được làm chín triệt để trong thời gian ngắn nhất 6 – 10 phút, nhiệt độ hấp 100 - 1250C, thiết bị được bảo ôn tránh làm tổn thất nhiệt trong quá tình sản xuất Tiếp đó nguyên liệu từ bộ phận hấp được chuyển đến máy ép để tách dầu và nước ra khỏi thịt cá Thiết bị ép được thiết kế theo nguyên tắc hai trục vít quay ngược chiều , chất lượng máy ép đảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu cá ( độ ẩm bánh cá sau khi ép 50 - 53% lượng dầu 0,2 - 0,5%

Sản phẩm đặc ra khỏi máy ép là bánh cá đước đưa lên máy đánh tơi qua vít xoắn vận chuyển cánh rời, cùng một lúc thực hiện hai quá trình vân chuyển và làm nhỏ, máy đánh tơi có kết cấu dạng búa đập

Tiếp theo sản phẩm được vận chuyển bằng băng chuyền đến máy sấy Quá trình sấy cá được sấy liên tục trên máy sấy Máy sấy được thiết kê sử dụng nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao đổi nhiệt caloriphe, nhiệt độ sấy được duy trì tự động ở nhiệt

độ thích hợp 70 - 80 0C đảm bảo chất lượng cá tốt, không làm biến chất prôtít, độ ẩm bột cá sau khi sấy không vượt quá 10 -11%

Sau khi qua máy sấy, sấy khô sản phẩm đi qua vít xoắn làm nguội đến nhiệt độ

40 - 500C và chuyển đến phân loại, cuối cùng đến máy nghiền, ở đây bột cá được nghiền nhỏ và được phối trộn thành bột cá có độ đạm khác nhau, tuy theo yêu cầu của người tiêu dùng Sau đó bột cá qua vít tải làm mát xuống 35 -40 0C và được đóng bao

để chuyển đến các nhà máy chế biến thưc ăn gia súc, các công đoạn làm viêc được thực hiện liên tục trên dây chuyền thiết bị, là quy trình khép kín

Dầu cá và nước được xử lý chế biến riêng, được cô đặc làm thước ăn chăn nuôi

và các sản phẩm phụ khác sử dụng thiết bị ly tâm, dầu được cô đặc bằng thiết bị cô chân không, dùng nhiệt từ nồi hơi Nước cá chất lượng kém được xử lý qua hệ thống

bể bioga thải ra ngoài với nước cá chất lượng tốt có thể sử dụng làm nước mắm

khí ẩm thoát ra từ máy sấy được xử lý mùi băng phương pháp cho qua tháp phun mùi dung dịch khử mùi trước khi ra ngoài khí quyển

2.3 Tìm hiểu về dây chuyền sản suất bột cá

2.3.1 Lý thuyết về công nghệ sản xuất:

Sau thời gian đi tìm hiểu về công nghệ và thiết bị nhà máy tại Bạc Liêu thì các thiết bị và công nghệ được nhập khẩu từ Trung Quốc về với công nghệ sản xuất bột cá tách dầu và nước Tuy nhiên công nghệ và thiết bị được đơn giản hơn nhiều Công nghệ như sau:

Cá sau khi đánh bắt được mua về qua phân loại rồi được vít tải đưa cá từ phía dưới lên vào máy hấp

Sau khi nguyên liệu đựoc chuyển đến công đoạn hấp chín bằng hơi nước nhằm mục đích diệt khuẩn gây thối, làm chín thịt cá, tạo điều kiện cho quá trình ép tách dầu, tách nước triệt để dễ dàng, nguyên lý làm việc của thiết bị hấp dạng vít xoán làm việc liên tục, chế độ làm việc của thiết bị được thiết kế đảm bảo nguyên liệu sau khi qua máy được làm chín triệt để trong thời gian ngắn nhất 6 – 10 phút, nhiệt độ hấp 100 -

1250C, thiết bị được bảo ôn tránh làm tổn thất nhiệt trong quá tình sản xuất

Tiếp đó nguyên liệu từ bộ phận hấp được chuyển đến máy ép để tách dầu và nước ra khỏi thịt cá Thiết bị ép được thiết kế theo nguyên lý ép dễ dàng, chất lượng máy ép đảm bảo tách phần lớn nước và chất dầu cá ( độ ẩm cá sau khi ép 50 - 53% lượng dầu 0,2 -0,5%)

Tiếp theo sản phẩm cá sau khi ép được vận chuyển bằng trực tiếp đến máy sấy Quá trình sấy cá được sấy liên tục trên máy sấy dạng trống quay Máy sấy được thiết

kê sử dụng nguồn nhiệt ở nồi hơi qua hệ thống trao đổi nhiệt caloriphe, nhiệt độ sấy được duy trì tự động ở nhiệt độ thích hợp 70 - 80 0C đảm bảo chất lượng cá tốt, không làm biến chất prôtít, độ ẩm bột cá sau khi sấy không vượt quá 10 - 11%

Nước và dầu cá sau khi ra từ máy ép qua máy sàng để loại bỏ tạp chất, được dẫn vào thiết bị phân ly lỏng rắn, ở đây phần rắn được giữ lại phía dưới, còn chất lỏng sạch được lấy phía trên Chất lỏng được đua vào hệ thiết bị tách dầu bằn nhiệt, nhờ nhiệt đun nóng chất lỏng nên dầu nổi lên phía trên, dầu được lấy ra và được tinh chế Chất lỏng được tháo xuống bằng van xả đáy xuống bể chứa, nước ở bể chưa được máy bơm bơm vào hệ thống tháp cô đặc trao đổi nhiệt bằng ống chùm phía trong là hơi nước Nước cá sau khi cô đặc thì được băng tải đưa trở lại vít tải để vào máy sấy tiếp tục quá trình

Hơi nước sau khi bốc hơi do độ chân không nên khí được hút vào thiết bị ngưng

tụ barômét, tai đây nước lạnh được bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi nước Khí hơi còn lại được thải ra ngoài môi trường

2.3.2 Thực tế sản xuất:

Do quá trình sản xuất thực tế không cung cấp đủ nhiệt cũng như khả năng thu hồi bột cá từ nước ép cá là không lớn Nên nhà máy đã đơn giản hoá công đoạn quá trình như sau:

Cá sau khi được đưa về nhà máy, vít tải vận chuyển cá trực tiếp vào máy sấy bỏ qua công đoạn hầm và ép

Như vậy công nghệ sản xuất từ ép cá tách nước và dầu chuyển sang công nghệ không tách nước và dầu

Thiết bị chính của dây chuyền là máy sấy dạng đĩa, dùng tác nhân dầu ở nhiệt độ

200 - 2500C, hiệu quả sử dụng cao, an toàn( do áp suất thấp hơn dùng nồi hơi), nhưng giãn nở nhiệt rất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo, đặc biệt công

nghệ gia công phức tạp

Hơi nước sau khi bốc hơi do độ chân không nên khí được hút vào thiết bị ngưng

tụ barômét, tai đây nước lạnh được bơm tù trên xuống làm nhưng tụ hơi nước Khí hơi còn lại được thải ra ngoài môi trường

Ngoài ra còn có thêm thiết bị thu hồi bột cá là xyclon, khi hơi nước đã bay hơi hết thì bột cá sẽ bị hút lên cùng, vì vậy xyclon thu hồi một phần bột cá rồi đưa xuống vít tải quay lại máy sấy

Bột cá ra khỏi máy sấy được vít tải vận chuyển vào máy nghiền và sau đó đóng bao

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY

I Giới thiệu quá trình sấy và thiết bị sấy

1.1 Giới thiệu về quá trình sấy:

Sấy là một quá trình công nghệ quan trọng được sử dụng rất nhiều trong nghành công nghiệp hoá chất cũng như nghành thực phẩm

Quá trình sấy nhằm loại độ ẩm ra khỏi vật liêu để bảo quản làm tăng chất lượng

và vận chuyển vật liêu được đễ dàng hơn Trong công nghiệp dùng phổ biến nhất là các phương pháp sấy đối lưu và sấy tiếp xúc Khi sấy đối lưu, nhiệt đươc truyền trực tiếp từ chất tải nhiệt đến vật liệu sấy.Các chất tải nhiệt thường là không khí, khói lò và hơi quá nhiệt Khi sấy tiếp xúc thì nhiệt được truyền từ bề mặt đốt nóng đến vật liêu đem sấy tiếp xúc với bề mặt đốt nóng đó

Điều kiện cơ bản để thực hiện quá trình sấy là phải có chênh lệch áp suất hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh (pxm > pxh) Ẩm liên kết với vật liệu bằng các lực cơ học và lý hoá khi sấy sẽ bị loại ra được, bởi vì nó có thể làm thay đổi tính chất hoá lý và phân huỷ vật liệu

Trong quá trình sấy, độ ẩm di chuyển được nhờ có sự khuyếch tán từ trung tâm vật liệu đến bề mặt, từ bề mặt đó ẩm được bay hơi vào không khí, có bao nhiêu lượng

ẩm ở bề mặt bay hơi thì cung có bấy nhiêu lượng ẩm cần phải chuyển từ lớp bên trong đến bề mặt vật liệu Nếu quan hệ đó bị phá vỡ thì bề mặt vật liệu bị khô, bị nứt nẻ, bị biến dạng và kết quả chất lượng kém

Trong trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí lớn hơn áp suất hơi riêng phần trên bề mặt vật liệu đem sấy thì quá trình sẽ ngược lại – sự hút ẩm của vật liệu tiến hành cho đến khi đạt trạng thái cân bằng giữa áp suất hơi trên bề mặt vật liệu và áp suất hơi trong không khí Độ ẩm khi ấy trong vật liệu gọi là độ ẩm cân bằng cb Quá trình sấy được tiến hành đến độ ẩm không được bé hơn cb nếu làm khác đi thì sau khi sấy độ ẩn sẽ tăng lên là do có quá trình hút ẩm

1.2 Các giai đoạn trong quá trình sấy:

Quá trình sấy một vật liệu ẩm được chia thành 3 giai đoạn như sau :

- Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu ( giai đoạn I ):

Giai đoạn này thường rất ngắn: Nó tương ứng với việc nâng nhiệt độ của vật liệu tới khi đạt được nhiệt độ sấy (khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước ) Nhiệt độ

đó không đạt được ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường là một chất có độ dẫn nhiệt kém ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh

Đồ thị mô tả các giai đoạn sấy

- Giai đoạn tốc độ sấy không đổi (giai đoạn II, giai đoạn đẳng tốc ):

Giai đoạn II tương ứng với việc bay hơi ẩm tự do trên bề mặt vật liệu Trong giai đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi ẩm từ

bề mặt vào môi trường Nhiệt lượng mà vật nhận được chỉ dùng để bay hơi ẩm, nên nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy không đổi

Trong giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi một khi các thông số của tác nhân sấy không đổi

- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần (giai đoạn III, giai đoạn giảm tốc):

Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần ở đó

sẽ giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm xuống nhanh chóng Trong giai

đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ các lớp trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc độ bay hơi từ bề mặt vào môi trường

Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy dần dần tăng lên và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môi trường xung quanh (nhiệt độ của tác nhân sấy) và do đó có thể vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu

Thực tế trong giai đoạn này người ta thường duy trì nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn so với nhiệt độ cho phép của vật liệu để đảm bảo chất lượng của sản phẩm

Về lý thuyết, để tăng cường độ quá trình trong giai đoạn giảm tốc ta chỉ có thể thay đổi những yếu tố bên trong vật liệu sấy

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy:

Tốc độ sấy là tốc độ khuyếch tán của nước từ trong vật liệu ra ngoài không khí, được quy ước biểu thị bằng lượng hơi nước bốc hơi từ một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian [ kg ẩm/m2.h ]

Ngoài ra, trong thực tế sản xuất, tốc độ sấy còn được biểu diễn qua lượng hơi nước bốc hơi từ một đơn vị khối lượng vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian [kg ẩm/kg hạt.h ], hoặc là phần trăm ẩm của vật liệu sấy giảm trong một đơn vị thời gian [% ẩm/h ]

Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố phức tạp Trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy được quyết định bởi tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào trong không khí Theo Danton tốc độ bay hơi từ bề mặt phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy và trong không khí Như vậy muốn sấy được nhanh phải tăng áp suất hơi trên bề mặt vật liệu sấy, hoặc giảm áp suất hơi trong không khí

áp suất hơi bề mặt vật liệu sấy tăng và giảm theo sự tăng giảm độ ẩm và nhiệt độ của nó Do đó, tốc độ sấy cũng tăng, giảm phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của vật liệu sấy tăng, giảm Lúc đầu quá trình sấy, độ ẩm trong vật liệu sấy cao nên có tốc độ lớn , càng về cuối, độ ẩm của hạt càng giảm nên tốc độ sây giảm

Mặt khác, nước trong vật liệu sấy khi bốc hơi kèm theo sự thu nhiệt, nếu không

có sự đốt nóng, cung cấp từ ngoài vào lượng nhiệt tương ứng thì nhiệt độ của vật liệu

sấy bị giảm dần, làm giảm tốc độ sấy Do vậy, muốn tăng tốc độ sấy cần phải cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy

Trong thực tế, thường dùng không khí nóng hay hỗn hợp không khí với khói lò

để làm chất đốt nóng vật liệu sấy đồng thời là chất mang ẩm gọi là tác nhân sấy Tốc

độ bay hơi nước phụ thuộc vào tốc độ cung cấp nhiệt từ ngoài vào và do đó tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy Như vậy, tăng nhiệt độ của tác nhân sấy là biện pháp tăng tốc độ sấy

Tốc độ không khí đi trên bề mặt vật liệu sấy cũng có ảnh hưởng lớn đến tốc độ sấy Vì tốc độ không khí càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt từ ngoài vào vật liệu sấy vật liệu sấy hạt càng tăng và do đó tốc độ khuyếch tán hơi nước trên mặt vật liệu sấy vào không khí càng lớn

Theo các tài liệu thì tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc là do tốc độ truyền nhiệt qua lớp biên bao quanh vật liệu sấy quyết định Tốc độ có thể được tăng lên bằng cách tăng nhiệt độ và lưu lượng tác nhân sấy

Tóm lại: trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào các

thông số của tác nhân sấy như: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của không khí, hướng và chiều chuyển động của không khí bao quanh vật liệu sấy …

Trong giai đoạn giảm tốc , tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khuyếch tán

ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu sấy: vì trong giai đoạn này, tốc độ khuyếch tán ẩm bên trong hạt nhỏ hơn tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường Do đó tốc

độ sấy của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào các thông số bên trong của vật liệu như : dạng liên kết ẩm, cấu trúc, hình dạng và kích thước của vật liệu sấy …

Ngoài ra, tốc độ sấy còn phụ thuộc vào hướng và chiều của gradien nhiệt độ Nếu gradien nhiệt độ cùng chiều với gradien ẩm thì quá trình sấy sẽ được tăng cường Ngược lại sẽ kìm hãm quá trình Trên thực tế, với các quá trình sấy thông thường thì gradien nhiệt độ là ngược chiều với gradien ẩm Để khắc phục nhược điểm đó các nhà khoa học Xô-viết đã đề ra phương pháp sấy hồi lưu đẳng nhiệt, tức là thực hiện quá trình sấy trong điều kiện đẳng nhiệt để loại trừ tác động ngược của gradien nhiệt độ

1.4 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy sấy cá:

Máy sấy cá là một thiết bị dùng để nấu cá đồng thời làm bốc hơi phần lớn lượng nước chứa trong nó Máy sấy cá( nấu cá ) có dạng hình trụ nằm ngang, bên ngoài vỏ

có một lớp bao hơi dể cấp nhiệt Bên trong có một trục rỗng được đun nóng băng hơi

nước, các cánh đĩa rổng được gắn vào trục rỗng, trên cánh đĩa có cánh đảo Trên lớp

vỏ gắn các cánh nghiên để duy chuyển lệu.Trục rỗng đươc gắn với động cơ có thể

chuyển động được theo tốc độ yêu cầu

Nguyên lý hoạt động của máy sấy cá như sau : cá sau khi đánh bắt được đưa về kho

chứa, cá được vít tải vận chuyển lên cao và được cho vào cửa phía

Hình vẽ máy sấy:

1- vỏ máy; 2 - cửa thoát hơi nước; 3 - cửa nạp liệu; 4 - gối đỡ trục

5- đường hơi nước vào; 6 - đường hơi nước ra; 7 - cửa tháo liệu

8 - bệ đỡ thùng sấy; 9 - Bộ truyền động đai

trên của máy sấy cá, sau khi vào máy sấy cá được lưu lại một thời gian Hơi nước sinh

ra từ nồi hơi được cấp vào bao hơi và được đưa vào trong trục rỗng,

hơi nước sẽ vào trong các cánh đĩa Tại đây quá trình trao đổi nhiệt xảy ra, nước ngưng

sau khi trao đổi nhiệt sẽ theo trục rỗng chảy về phía cuối và quay về nồi hơi Cá được

đun nóng đến nhiệt độ tối cao, sau đó được giữ ở một nhiệt độ nhất định, hơi nước

được đun nóng bốc hơi lên và được hút qua một ống ở phái trên Cá được giữ lại cho

đến khi đạt độ ẩm yêu cầu thì ra khỏi thiết bị

1 2 3 4 5

6 7 8 9

* Ưu điểm và nhược điểm của máy sấy cá:

Máy sấy cá là một thiết bị sấy loại tiếp xúc, vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đốt nóng và thường cùng chuyển động với các bề mặt này.Do làm việtc ở áp suất chân không nên động lực gây ra hiện tượng dịch chuyển ẩm không chỉ là độ chênh nhiệt độ do vật liệu sấy đốt nóng mà chủ yếu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và không gian bao quanh luôn luôn được duy rì độ chân không nào đố trong suât quá trình sấy nhờ máy bơm chân không Do đó máy sấy loại này chỉ dùng

để sấy các vật liệu sấy không chịu được nhiệt độ cao Hơn nữa do kết cấu phức tạp để tạo chân không và duy trì nó trong suốt quá trình sấy nên chi phí năng lượng rất lớn Khi sấy vật liệu ở trạng thái tĩnh thì dễ xảy ra quá nhiệt bộ phận hơn là khi có khuấy trộn, vì thế người ta thường sấy các loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao trong các máy sấy chân không có cánh khuấy

Ưu điểm của máy sấy chân không có cánh khuấy là: do có khuất trộn nên quá

trình sấy tăng nhanh, dễ thao tác, có thể thu được vật liệu ở dạng bột

Nhược điểm: làm việc gián đoạn, thiết bị cồng kềnh và phức tạp, chi phi vận

2.1.1 Các thông số công nghệ:

- Năng suất của máy sấy là G1 = 2000kg/giờ

-máy làm việc liên tục lượng cá đầu vào 10000 kg

- Nhiệt độ cá vào : tv = 200C

- Nhiệt độ sôi cá : ts = 1010C

- Hơi nước bão hoà : 7 at

2.1.2 Lượng nhiệt để đun sôi cá:

Lượng nhiệt cần cấp cho giai đoạn thứ nhất dùng để đun cá lên nhiệt độ sôi và đun nóng thiết bị sấy

- Nhiệt để đun cá lên nhiệt độ sôi:

Gtb là khối lượng của thiết bị Gtb = 5000 kg

ttb là nhiệt độ ban đầu của thiết bị, ttb = 250C

ta có Qtb =5000 0,5.(101 - 25) = 190000 kJ

- Tổng lượng nhiệt cần cấp:

Q1 = Qc + Qtb = 4072680 + 190000 = 4262680 kJ

* Lượng nhiệt này được cấp bởi hơi nước bão hoà 7 at, theo bảng I.249 {I}

ta có nhiệt độ của hơi nước là: t h = 164 0 C

Sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt nước sẽ ngưng tụ, nhiệt ngưng tụ nước bằng nhiệt ban đầu

Theo bảng I.251{I} ta có:

nhiệt lượng riêng của hơi nước ở p = 7at, t = 1640C là: i’= 2769 kJ/kg

nhiệt lượng riêng của nước ngưng i” = 673,4 kJ/kg

Lượng hơi nước cần cung cấp :

D1 = ' 1 "

i i

Q

 =

4,6732769

4262680

 = 1581 kg

* Thời gian để đun sôi cá là t1 = 40 phút, vậy lưu lượng hơi nước cần cấp trong thời này là:

2.1.3 Lượng nhiệt để bốc hơi:

Quá trình bốc hơi xảy ra sau khi quá trình đun nóng cá đến nhiệt độ tối cao, trong suốt quá trình nhiệt độ không thay đổi

- Lượng nước cần bốc hơi là : W = 75% G1 =

Q

 =

4,6732769

16950000

 = 8088 kg Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t2 = 120 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là :

D2’ = 8088

120

60 = 4044 kg/ h

2.1.4 Quá trình sấy cá:

Sau quá trình bốc hơi, lượng nước thoát ra ngoài gần như hầu hết, lượng cá còn lại

G3 = G1 - W =10000-7500=2250 kg

- Quá trình sấy cá với độ ẩm còn lại là w1= 30% xuống w2 = 10%

Lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình sấy là:

W3 = G3

1

2 1

w w





= 2250

10 100

10 30



 = 500 kg Lượng cá sau khi ra khỏi máy sấy G4=G3-W3=2250-500=1750 kg

- Nhiệt lượng để sấy cá:

Q3 = W3.r = 500 2260 = 1130000 kJ

- Lượng hơi nước cần cấp:

D3 = 3"

' i i

Q

 =

4 , 673 2769

) (

120

2 1

2 1

w w A

w w

 : khối lượng riêng của vật liệu  = 1500 kg/m3

A: cường độ bốc hơi là lượng ẩm được lấy đi từ 1m3 thể tích thùng trong

1 giờ, A = 40 kg/m3h

ta có t =

)]

1030(200.[

40

)1030(1500.15,0.120







= 75 phút Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t3 = 75 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là :

D3’ = 5397,2

75

60 =431,36 kg/ h

2.1.5 Thời gian quá trình trong một mẻ:

Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ do đó tổng thời gian làm việc bao gồm thời gian phụ để chuẩn bị , thời gian cho quá trình sấy

T = t1 + t2 + t3 + tp

Trong đó: t1 là thời gian đun nóng đến nhiệt độ sôi

t2 là thời gian bốc hơi

t3 là thời gian sấy

Thể tích thùng xác định theo giá trị của cường độ A

t D

V

m Tuy nhiên máy sấy làm việc gián đoạn, đồng thời lượng hơi ẩm thoát ra được hút ra ngoài bằng bơm chân không

Vậy chọn đường kính thiết bị D = 2 m

chiều dài thiết bị L = 13 m

- Đường kính trục rỗng d = 0,2 m

- Bán kính của cánh đĩa Rc = 860 m m

2.2.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

Dựa vào kích thước của thiết bị đã xác định ở trên, tính bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị giữa hơi nước bão hoà và vật liệu cá Việc tính toán bề mặt trao đổi nhiệt là rất quan trọng, là yếu tố ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sấy Bề măt trao đổi nhiệt ảnh hưởng đến lượng hơi nước cần cấp, ảnh hưởng đến thời gian quá trình sấy Nếu bề mặt trao đổi nhiệt lớn thì lượng nhiệt cấp cho cá sẽ tăng lên, đồng thời lượng nhiệt tổn thất cũng tăng lên

Với máy sấy cá, bề mặt trao đổi nhiệt được thiết kế chủ yếu là những bề mặt của rãnh xoắn ốc được hàn lên các cánh đĩa Bề mặt này tiếp xúc với vật liệu thay đổi liên tục nhờ trục rỗng quay với tốc độ nhất định nên làm tăng quá trình tiếp xúc với vật liệu cũng như tăng quá trình trao đổi nhiệt Với thiết kế bề mặt trao đổi nhiệt như thế cần phải bố trí nhiều cánh đĩa gần nhau, như vậy mới đảm bảo cho quá trình cấp nhiệt.Tuy nhiên sẽ làm cho không gian thùng sấy sẽ rất nhỏ, lượng vật liệu chưa trong thùng sấy

it hơn, làm giảm năng suất

Để hợp lý hơn cho quá trình sấy, ta tăng bề mặt trao đổi nhiệt lên bằng cách dùng bao hơi trao đổi nhiệt ở phía ngoài, bao hơi phủ lên bên ngoài 2/3 vỏ thùng sấy, còn 1/3 vỏ thùng phía trên vẫn để nguyên Như thế bề mặt truyền nhiệt tăng lên do đó có thể giảm số cánh đĩa xuống, đồng thời không gian chứa vật liêu sẽ tăng lên đảm bảo năng suất nhưng kích thước của thiết bị không tăng lên

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định:

F = F vỏ + Ftruc +Fđĩa

Chọn số cánh đĩa trên trục là : n = 30 đĩa

2.(

[ D 2 30=139,34 m2

- Diên tích phần vỏ ngang vỏ trụ có đường kính là D = 2m, chiều dài L =6 m

ta có

Fvo = D).L

2 2 (  = ..D L=16,2 m2

- Diện tích phần trục rỗng: là phần diện tích còn lại của trục rỗng khi gán cánh đĩa lên đó:

Ftruc = (2

2 d

 ) L trong đó d là đường kính trục rỗng d = 0,2 m

t thời gian sấy t = 253 phút

d đường kính của trục d = 0,2m

m là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo trục có gắn thêm cánh đĩa, m = 1

k là hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất vật liệu

chọn k = 0,7 sấy xuôi chiều

Thay số vào ta được:

n =



tg d t

L k m

=

035,0.2,0.253

6.7,0.1

= 2,4 vòng /phút

2.2.4 Công suất cần thiết để làm quay trục:

Theo công thức (VI.54)-{II}:

N = 0,0013.d3.L..b.n kW

trong đó : b là hệ số công suất phụ thuộc vào hệ số chứa và cánh đĩa, với hệ số

với hệ số chứa  = 0,15 ta có b =0,026

L chiều dài trục L =6 m

2.3 Xác định hệ số trao đổi nhiệt của máy sấy:

2.3.1 Xác định hiệu nhiệt độ trung bình:

Khi tính chế độ nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt, trước hết cần xác định đặc tính biến đổi nhiệt độ của chất tải nhiệt.Chọn sơ đồ chuyển động biểu diễn các đặc tính biến đổi nhiệt độ của các môi trường

làmviệc:

+ Giai đoạn thứ nhất: thể hiện trên hình vẽ,là quá trình đun nóng lên nhiệt độ sôi

Các thông số nhiệt độ:

- nhiệt độ hơi bão hào cấp: t1’ = 1640C

- nhiệt độ hơi nước ngưng tụ: t1’ = 1640C

N L tb

t t

t t t

63

144 lg 3 , 2

N L

t t

t t t

104

63lg.3,2

2.3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ đến thành thiết bị 1 :

Cường độ cấp nhiệt trong trường hợp này phụ thuộc vào tinh chất của hơi ngưng

tụ, nhiệt lưu riêng của bề mặt ngưng tụ q hay chênh lệch nhiệt độ t = ts – tw, vị trí, hình dáng và cách bố trí bề mặt trao đổi nhiệt

Trên cơ sơ những quyết định có tính chất lý thuyết về quá trình và công trình nghiên cứu thực nghiệm về quá trình ngưng tụ đã chứng minh rằng, hệ số cấp nhiệt phụ thuộc vào chế độ chảy qua lớp màng ngưng tụ và xác định bằng chuẩn số – tích số phức hợp ( GA, Pr, KK)

Theo kết quả của phương pháp tính các số gần đúng liên tiếp, ta lấy

164 5 , 0 150 5

, 0

5 ,

3

Pr

t c

r b

18 , 4 2 , 495 17 , 1 ) 10 186 , 0 (

3 , 0 81 , 9

2 6 3

 = 1,58.1014 Với trường hợp ( GA, Pr, KK) < 1015 dùng được phương trình chuẩn số tính toán:

= 1392 W/m2oC

2.3.3 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu 2 :

Ta biết vật liệu sấy là cá với độ ẩm rất cao, sau khi vào máy sấy cá vừa được cấp nhiệt vừa được cánh đĩa khuấy trộn nên tạo thành một hỗn hợp lỏng, ta xem hỗn hợp lỏng này có tính chất như là nước

Các tính chất của vật liệu sấy được xác định thông qua nhiệt độ trung bình của vật liêu sấy

2

10.416,0

4,2.72,1

 = 3,64.106 Vậy Nu2 = 0,36 Re2/3.Pr1/3 = 0,36 (3,64.106)2/3.2,661/3 = 3639

Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu sấy:

= 1210 W/m2oC

2.3.4 Hệ số truyền nhiệt:

Bài toán truyền nhiệt giữa một bên là trao đổi nhiệt đối lưu do hơi nước bão hoà ngưng tụ và một bên là trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy bốc hơi ẩm, có thể xem là bài toán truyền nhiệt qua tường phẳng Nếu xem 1 là hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng và

2 là hệ số trao đổi nhiệt từ thành thiết bị sang vật liệu sấy thì hệ số truyền nhiệt K được xác định:

2 1

trong đó:  chiều dày vỏ thiết bị  = 10 mm

 hệ số truyền nhiệt vật liệu làm thiết bị , chon vật liệu thép CT3, ở

nhiệt độ ttb = 800C ta có  = 50,2 W/m0C

thay số vào

2 1

0

1 1

01 , 0 1392 1 1

Vậy hệ số truyền nhiệt : K = .K0 = 0,85.573 = 487 W/m2 0C

2.3.5 Quá trình truyền nhiêt:

Phương trình cơ sở đối với sự tính toán quá trình trao đổi nhiệt là:

Q = k.F.ttb.t

trong đó - Q : nhiệt lượng cần cấp W.h

- F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2

Vậy tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F = Fvỏ+ Ftruc + Fđĩa = 159,308 m2

- ttb : hiệu nhiệt độ trung bình, 0C

- K : hệ số trao đổi nhiệt, W/m2 0C

- t : thời gian quá trình sấy , h

Do quá trình cấp nhiệt diễn ra theo từng giai đoạn khác nhau, vì vậy cần áp dụng phương trình cho từng giai đoạn Trong ba giai đoạn thì giai đoạn cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi là lớn nhất, đồng thời thời gian cấp nhiệt theo yêu cầu là nhỏ nhất Vậy ta kiểm tra với lượng nhiệt cần cấp như thế có đảm bảo thời gian cho quá trình

ta có Q2 = k.F.ttb2.t2

nhiệt lượng cấp cho giai đoạn thư hai Q2 =16950000 kJ =4721448 W.h

.F t tb k

Q t



63 308 , 159 487

4721448

= 1,08 h = 65 phút(đảm bảo) Mặt khác theo lý thuyết giai đoạn cấp nhiệt cho quá trìng bốc hơi cần thời gian lá 120 phút Để đảm bảo lượng nhiệt cung cấp ta giảm áp suất hơi bão hoà của hơi nước xuống thấp hơn 7at, khi đó nhiệt độ của hơi nước và nước ngưng sẽ thấp hơn

III Tính toán cơ khí cho thiết bị sấy:

3.1 Tính bích thiết bị:

3.1.1 Xác định kích thước cơ bản:

Do thiết bị sấy cần bảo đảm độ chân không trong quá trình sấy do đó hai bích phía hai đầu thùng sấy phải đảm bảo tiêu chuẩn Dựa vào đường kính của thiết bị ta xác định được kích thước của bích:

Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 mm

Đường kính ngoài của thiết bị: D0 = 2015 mm

Q   t  

Dt - đường kính trong của thiết bị, Dt = 2000 mm

p - áp suất môi trường trong thiết bị, p = 0,1 N/mm2

Dtb - đường kính trung bình của đệm Các loại đệm bít kín chọn vật liệu đệm là thép không rỉ với nhiệt độ lớn nhất của môi trường là 2000C Dtb = 2040 mm

b0 – bề rộng tính toán của đệm

b0 = ( 0,5  0,8 ) b

b – bề rộng thực của đệm, b = 10 mm -> b0 = 50 mm

m – hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm

q0 - áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm

Giá trị đại lượng q0 với thép m = 5,5 : q0 =120 ( N/ mm2 )

nên lực ép chiều trục sinh ra do xiết chặt bu lông:

(N) 10 9 , 4 1 , 0 5 , 5 50 2040 1

, 0 2000

4

6 2

Q

Lực cần thiết ép chặt đệm ban đầu:

với z: số bu lông đã chọn là z = 44 chiếc

Đường kính chân ren của bu lông xác định theo công thức:

4 , 29 280

1,9.10 1,13

} {

- ứng suất tác dụng lên bu lông được xác định theo công thức {II}:

] [ ) (N/mm 236

32 4

1,9.10 4

2 2

và phạm vi hoạt động của từng loại

Với thiết bị này ta chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch với ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện

Nhược điểm là: hiệu suất và công suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc ( so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn) Nhờ có nhiều ưu điểm cơ bản, động cơ xoay chiều ba pha không đồng

bộ rôto ngắn mạch được sử dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp.Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải, thùng trộn

Công suất động cơ:

) (

.

w N

k

N

hd td

+ k = 2: hệ số quá tải khi khởi động

+ td : hiệu suất truyền động:

td =gt o8 nt .đ x

Với:

gt = 0,97: hiệu suất hộp giảm tốc

o = 0,99: hiệu suất ổ

nt= 0,95: hiệu suất nối trục

x = 0,96: hiệu suất bộ truyền xích

d =0,95: hiệu suất bộ truyền đai

 td =0,97 0,998 0,95.0.96.0,95 = 0,775

+ hd = 0,9 : hiệu suất hộp đệm

Do đó công suất động cơ:

)(66,109,0.775

Công suất N = 11 kW

Vận tốc vòng n = 1458 vòng/phút

Cos  = 0,87

 = 89%

ta phân ra hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp Tuỳ theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn – trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít – bánh răng hoặc bánh răng – trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng vòng và động cơ - hộp giảm tốc Hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, luyện kim hoá chất,…

3.2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động

607 4

, 2

nđ/c – số vòng quay của động cơ đã chọn, vòng/phút

nlv – số vòng quay của trục máy công tác, vòng/phút

Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: chọn kết cấu truyền động giữa động cơ và hộp giảm tốc, do đó tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: Uh = 24 Với tỉ số truyền này ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp

3.2.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động:

ut = un uh

un – tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc ( un có thể là tỉ số truyền của

bộ truyền đai uđ, bộ truyền xích ux, của bộ truyền bánh răng u br … ) là tích của các tỉ

số truyền của các bộ truyền này

uh – tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Chọn bộ truyền của hộp giảm tốc là truyền động bánh răng trụ hai cấp, tỷ số truyền là :

uh = 24

Chọn bộ truyền ngoài hộp giảm tốc gồm :

- Truyền động xích từ động cơ đến hộp giảm tốc, tỷ số truyền ux = 5

- Truyền động đai từ hộp giảm tốc đến trục, tỷ số truyền uđ =

Sơ đồ truyền động cho trục

1- Động cơ điện ; 2 – Truyền động xích: 3 – Hộp giảm tốc

4 – truyền động đai: 5: Khớp nối

2.3.1 Bộ truyền xích:

Đĩa nhỏ có số vòng quay cùng trục động cơ : n = 1458 vòng/phút

Với tỷ số truyền là: ux = 5, ta có số vòng quay của đĩa lớn

n

vòng/phút

Số răng của đĩa nhỏ: z1 = 22; Số răng của đĩa lớn: z2 = ux.z1 = 5.22 = 110

Chọn bộ truyền xích một dây có bước xích : p = 25,4 mm

khoảng cách trục: a = 40.p = 40 25,4 = 1016 mm

Đường kính đĩa xích:

) sin(

1

1

z

p d



) 22

14 , 3 sin(

4 , 25

= 178 mm

) 2 sin(

2

z

p d



) 110

14 , 3 sin(

4 , 25

= 889 mm

2.3.2 Bộ truyền hộp giảm tốc:

Với tỷ số truyền uh = 24, chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, Chọn hộp giảm tốc 2 cấp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc uh cho các cấp theo bảng 3.1-Trang 43-{VI}:

n n

n n





h

x u

n

vòng/phút Chọn đường kính đai nhỏ: d1 = 300 mm

đường kính đa lớn: d2 = ud.d1(1- ) = 4.300.(1-0,02)= 1200 mm

Khoảng cách trục : a = 1,5.( d1 + d2 ) = 1,5.( 1200+300) = 2250 mm

3.3 Tính kiểm tra bền cho hệ thống:

3.3.1.Kiểm tra bền cho vỏ thiết bị sấy:

Thiết bị vỏ mỏng khi chụi áp suất ngoài hoặc áp suất chân không vượt qua giá trị tới hạn, sẽ mất tính ổn định Tức là mất hình dạng ban đầu và bị bẹp thành nhiều múi, mặc dầu ưng suất nến trong vỏ đang thấp hơn ứng suất cho phét rất nhiều

Thiết bị sấy là loại vỏ trụ ngắn có thể bẹp thành nhiều múi cho nên có nhiều giá trị áp suất tới hạn tuỳ theo số múi