Tính Toán Thiết Bị Sấy Phun

Cân bằng vật chất và năng lượng cho thiết bị sấy 1.1.. Cân bằng năng lượng Cân bằng năng lượng cho hệ thống được thể hiện ở hình vẽ sau Cân bằng năng lượng cho tiến trình Phương trình

Tính toán thiết bị sấy phun

(Dựa trên phương pháp của Paul Singh và Helman)

1 Cân bằng vật chất và năng lượng cho thiết bị sấy

1.1 Cân bằng vật chất

Cân bằng vật chất cho tiến trình Cân bằng vật chất cho tiến trình được thể hiện ở sơ đồ 1 Từ sơ đồ nầy ta có:

P

F P.x x

Từ (1) ta suy được

P

F

x

x F

P

Ta cũng tính được lượng nước bay hơi

P F

1.2 Cân bằng năng lượng

Cân bằng năng lượng cho hệ thống được thể hiện ở hình vẽ sau

Cân bằng năng lượng cho tiến trình Phương trình cân bằng năng lượng cho hệ thống

loss evp

out a P

in a

Với:

Sản phẩm P,xP

Thiết bị sấy phun Nhập liệu F,xF

Nước bay hơi W

Thiết bị sấy phun

Enthalpy nhập

liệu, EF

Enthalpy không khí vào, in

a

E

Enthalpy không khí ra, out

a

E

Enthalpy sản phẩm, EP

Enthalpy bay hơi, Eevp

Tổn thất năng lượng, Eloss

Enthalpy của nhập liệu

F F

F F.C T

CF: Nhiệt dung riêng của nhập liệu tại nhiệt độ TF (j/kgoC)

TF: Nhiệt độ nhập liệu (oC) Enthalpy của sản phẩm

P P

P P.C T

CP: Nhiệt dung riêng của sản phẩm liệu tại nhiệt độ TP (j/kgoC)

(tra bảng hoặc tính toán)

TP: Nhiệt độ sản phẩm ra khỏi thiết bị (oC) bằng nhiệt độ bầu ướt

tại nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị out

a

T và độ ẩm tuyệt đối của không khí ra khỏi thiết bị(Ho) (chú ý H o phải giả thiết sau đó tính lại)(tra dãn đồ không khí ẩm)

Enthalpy không khí vào

in a

in a

in a

in

a C M T

E 

i

in

a 1,005 1,88.H

Hi: Độ ẩm tuyệt đối của không khí vào máy sấy được xác định

bằng cách tra dãn đồ với nhiệt độ không khí ngoài trời và độ

ẩm không khí tương ứng (kgH20/kg Không khí khô) in

a

M Khối lượng khí vào máy sấy (kg/min) in

a

T Nhiệt độ không khí vào máy sấy (oC) Enthalpy không khí ra khỏi máy sấy

out a

out a

out a

out

o

out

a 1,005 1,88.H

Ho: Độ ẩm tuyệt đối của không khí ra khỏi thiết bị sấy

(kgH2O/kg không khí khô) Chưa có cần phải giả thiết (bất kỳ) sau đó kiểm tra lại bằng cân bằng vật chất out

a

M Khối lượng khí ra khỏi máy sấy máy sấy (kg/min) out

a

T Nhiệt độ không khí ra khỏi máy sấy (oC)

Trong tính toán giả sử out

a

in

Enthalpy của bốc hơi

W

Eevp 

: ẩn nhiệt bốc hơi của ẩm (kj/kg)

Tra bảng tại nhiệt độ trung bình không khí vào và ra

W: ẩm thoát ra khỏi vật liệu (kg/min)

Tổn thất do mất mát năng lượng có thể giả sử (20% → 50%)

Viết chi tiết phương trình cân bằng năng lượng với giả thiết Ho ta sẽ tính được lượng không khí khô cần thiết in

a

M (V aora)

Kiểm tra lại giả thiết H o (đã sử dụng ban đầu)

Dựa trên nguyên tắc cân bằng vật chất

W H M M

a

out a

a

in

in a i

in a o

M

W H M



Nếu H o kiểm tra chênh lệch so với H o giả thiết >5% phải tính toán lại

cho đến khi thõa mãn Ho giả sử  Ho tính kiểm tra (sai lệch <5%)

(Chú ý H o có liên quan đến nhiệt độ sản phẩm (Tp)ra khỏi thiết bị cần thế số

vào tính toán lại cho đúng)

Từ tính toán trên cuối cùng ta sẽ có được

Lượng không khí vào máy sấy:

in a i

in a ain M H M

Lượng không khí khô ra khỏi máy sấy

in a o

in a aout M H M

Với thể tích riêng tại các điều kiện tương ứng (tra dãn đồ tại nhiệt độ và độ

ẩm tuyệt đối của không khí) ta cũng suy được

Thể tích không khí vào Qin (m3/min)

(Dùng tính toán caloriphere)

Thể tích không khí ra khỏi máy sấy Qout (m3/min)

(Dùng tính toán Cyclon)

2 Tính toán thời gian sấy

Các dữ liệu cần thiết cho tính toán

- Khối lượng riêng dung dịch trước khi sấy: (tra bảng) F (kg/m3)

- Khối lượng riêng dung dịch sau khi sấy: (tra bảng) P (kg/m3)

- Nhiệt độ không khí vào máy sấy

- Nhiệt độ bề mặt giọt chất lỏng TS (tính theo nhiệt độ bầu ướt của không khí tại nhiệt độ trung bình của không khí vào và ra khỏi máy sấy)

- Ẩn nhiệt bốc hơi tại nhiệt độ trung bình

2

T T T

out a

in a avg



 :  (kj/kg)

- Hệ số dẫn nhiệt của không khí tính theo nhiệt độ trung bình (tra bảng)

Kg (W/moC)

- Độ ẩm tới hạn (tính theo căn bản khô) Xe (0, _)

- Độ ẩm cuối (tính theo căn bản khô) XP (0, _)

- Đường kính ban đầu (giọt chất lỏng) dF (m) (chú ý nếu tính thời gian sấy qua nhỏ có thể nâng đường kính vật liệu sao cho thời gian sấy từ 2-3 giây)

Tính toán đường kính hạt sau khi sấy

- Lượng chất rắn trong một giọt chất lỏng được tính bằng (Thể tích giọt chất lỏng) x (khối lượng riêng của giọt chất lỏng) x (nồng độ chất rắn nguyên liệu) (VF) x (F) x (xF)

Chú ý xF tính theo căn bản ướt

Chất rắn trong 1 giọt chất lỏng nguyên liệu = Chất rắn trong 1 hạt sản phẩm

Với thể tích giọt chất lỏng ban đầu F 3

2

d ( 3

4

2

d ( 3

4

- Lượng chất rắn trong hạt sản phẩm được tính (Thể tích hạt sản phẩm) x (khối lượng riêng sản phẩm) x (nồng độ chất rắn sản phẩm) (VP) x (P) x (xP)

Chú ý xP tính theo căn bản ướt

Cân bằng lượng chất rắn ta sẽ tính được đường kính hạt sau khi sấy dp

Tính toán thời gian sấy

Thời gian sấy được tính toán theo công thức

avg

e p P P S

in a g

2 F F

T h 6

) X X (

d ) T T ( K 8

d











Chú ý Xp và Xe tính trên căn bản khô (0, _)

Với

P

g d

K 2

h  Thay các số liệu vào ta tính được thời gian sấy (chú ý nên thay đổi kích thước của giọt chất lỏng để thời gian sấy trong khoảng 2-3 giây)

3 Tính toán kích thước căn bản của tháp sấy

Gọi L là chiều cao tháp sấy

D là đường kính tháp sấy

R là bán kính tháp sấy Chọn tỉ lệ

2

3

DL 

3

1

R  Vận tốc khí đi trong tháp sấy được tính

2

in 2

in

) L 3

1 (

Q R

Q U









Mà vận tốc hạt rơi từ trên xuống (quảng đường L) sã là

t

L

U t : thời gian sấy (m/s) Thay vào phương trình trên ta tính được L (chiều cao tháp sấy)

Và ta cũng dễ dàng tính được đường kính tháp sấy R

Tính toán chiều cao đáy nón

Chọn góc nghiêng phải lớn hơn góc nghiêng tự nhiên của sản phẩm (để sản

phẩm có thể chảy tư nhiên xuống)

Có góc nghiêng ta tính được chiều cao đáy nón Ln

Cuối cùng ta sẽ có kích thước máy sấy

Chiều cao (L) + cao đáy nón (Ln) Lthiết bị

Các công thức có thể áp dụng trong tính toán

(Chú ý các số liệu lựa chọn chỉ thích hợp cho sinh viên tính toán đồ án nầy)

1 Khối lượng riêng của chất rắn (kg/m3)

Quan hệ với nhiệt độ

Carbohydrat 1,5991.103 0,31046T

Tro 2,4238.103 0,28063T

Chất xơ 1,3115.103 0,36589T

Chất béo 9,2559.102 0,41757T

Protein 1,3299.103 0,51840T

Nước 997,183,1439.103T3,7574.103.T2

Chú ý: nhiệt độ tính theo o C

Công thức để khối lượng riêng theo thành phần hoá học của thực phẩm

i i

w 1









i

 Khối lượng riêng của các thành phần

wi Phần khối lượng của các thành phần

Cho nước quả có thể tính bằng công thức

T 10 479 , 5 ) Brix 01 , 0 exp(

34708 , 0 82780

,





2 Nhiệt dung riêng (kJ/kgoK)

a Với sản phẩm có độ ẩm cao

w

p 0,837 3,349.X

Xw: Thành phần ẩm (0, _)

b Nhiệt dung riêng tính theo thành phần

W S

F

p 2,093X 1,256X 4,187X

XF, XS, XW: phần khối lượng của chất béo, chất rắn, nước (0, _)

c.Theo thành phần thực phẩm

p 2,0082 1,2089.10 T 1,3129.10 T

p 1,9842 1,4733.10 T 4,8008.10 T

p 1,5488 1,9625.10 T 5,9399.10 T

p 1,8459 1,8306.10 T 4,6509.10 T

p 1,0926 1,8896.10 T 3,6817.10 T

Chú ý: T tính theo o C



C

Xi: Phần khối lượng các thành phần 0, _

Cpi: Nhiệt dung riên các thành phần tương ứng

Với nước quả có thể tính

T 10 6063 , 5 Brix 10 3416 , 4 80380 , 0

T tính bằng oK

3.Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K)

a Theo thành phần thực phẩm

Protein K1,788.101 1,1958.103T2,7178.106.T2

Chất béo K1,8071.101 2,7064.103T1,7749107.T2

Carbohydrat K 2,0141.1011,3874.103T4,3312.106.T2

Chất xơ K 1,8331.1011,2497.103T3,1683.106.T2

Tro K 3,2962.1011,4011.103T2,9069.106.T2

Chú ý: T tính theo o C

Hệ số dẫn nhiệt được tính toán



i

i

K

1 K

i: Phần thể tích của các cấu tử

Phần thể tích các cấu tử có thể tính







i i i i

w

wi: phần khối lượng của cấu tử i

Với nước quả có thể tính

T 10 1357 , 1 Brix 10 5722 , 3 27928 ,

0

T tính bằng oK

Các bảng số liệu tham khảo

Bảng 1 Các tham số hoạt động của hệ thống sấy phun

Vật liệu Ẩm vào

(%)

Ẩm ra (%)

Loại đầu phun

Chiều Nhiệt độ

vào ( o F)

Nhiệt độ

ra ( o F)

- Vòi phun

Cùng chiều 170-200 90-100

Trứng 74-76 2,4 - Ly tâm

- Vòi phun

Cùng chiều 140-200 50-80

Cà phê hoà tan 75-85 3-3,5 - Vòi phun Cùng chiều 270 110

Nước trái cây

Trà hòa tan 60 2 - Vòi phun Cùng chiều 190-250 90-100

(Martin R Okos, Handbook of Food Engineering)

Bảng 2 thay đổi kích thước của giọt chất lỏng (m)

Loại phun (áp lực) 10-800 Sữa 30-250

Sấy sữa

Sữa bột có 4% ầm được sấy từ dung dịch sữa cô đặc có nồng độ 45-55% nhiệt độ

không khí vào từ 150-170oC

Qui trình sản xuất bột sữa

Sữa tươi – Gia nhiệt – Cô đặc – Đồng hoá – sấy phun – bổ sung leucithin, các chất khác -

bao gói

Sấy cà phê hoà tan

Cà phê sau khi trích ly có nồng độ từ 15% đến 30% chất khô được cô đặc đến 60%

chất khô bằng thiết bị cô đặc chân không màng Sản phẩm sấy khô có đường kính 300m

có khối lượng riêng biểu kiến 0,22g/cm3 Thông thường không khí vào thiết bị sấy 2500C

và ra khỏi thiết bị là 110oC (Upadhyaya and Kilara, 1986)

Qui trình sản xuất cà phê hoà tan

Cà phê nghiền – Trích ly – Cô đặc – sấy phun

Làm sạch

Rang Trích ly Cô đặc

Sấy phun

Sấy trà hoà tan

Trà trích ly có nồng độ chất khô 5-20% được cô đặc trong thiết bị cô đặc màng chân không đến nồng độ 40% trước khi sấy phun Nhiệt độ không khí vào máy sấy từ

200-250oC

Sấy trứng

Hàm lượng chất khô trong lòng trắng trứng từ 20-27%, lòng đỏ 45-48% trước khi sấy trứng được thanh trùng tại 60-64oC trong vòng 2-4 phút để tiêu diệt vi sinh vật Dung dịch trứng được sấy với nhiệt độ không khí vào là 145-200oC

Khí Gia nhiệt

Sản phẩm

Bơm nhập

liệu

Quạt

Cyclon

Khối lượng riêng của một số vật liệu

Khối lượng riêng biểu kiến theo độ ẩm của một số vật liệu

Thành phần hóa học của sữa

Tính chất nhiệt của một số trái cây và nước trái cây

Khối lượng riêng và khối lượng riêng biểu kiến của 1 số bột thực phẩm

Sinh viên chú ý:

Thông thường qui trình sấy như sau

Với nguyên liệu

Nguyên liệu  Cô đặc đến nồng độ cần thiết  Sấy phun  Sản phẩm

(ta chỉ tính từ khâu sấy)

Với không khí

Không khí  Gia nhiệt nhờ hệ thống Caloriphere  vào thiết bị sấy phun

Các số liệu sinh viên tra không có mới tính theo thành phần hoá học

Các số liệu tự chọn phải hợp lý

Có thể sử dụng chương trình Matcad để tính toán

Viết báo cáo:

- Mở đầu

1 Sơ đồ công nghệ, thuyết minh sơ đồ công nghệ

2 Tính toán thiết bị chính

3 Tính toán thiết bị phụ (Cyclon, tổn thất áp lực, tính quạt)

- Tài liệu tham khảo

Yêu cầu

- 1 quyển thuyết minh tính toán

- 1 bản vẽ sơ đồ công nghệ (trong quyển báo cáo)

- 1 bản vẽ A1 vẽ chi tiết thiết bị chính, thiết bị phụ

http://thanh.votan.googlepages.com/

Sinh viên liên hệ theo địa chỉ E-mail: votanthanh@yahoo.com