Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè năng suất 675 kgh + cad

Từ xa xưa, con người đã phát hiện ra tính chất bổ dưỡng, bồi bổ sức khỏe của nước chè và xem cây chè như một loại thảo dược, có tác dụng an thần và chữa bệnh. Ở nước ta, uống chè không chỉ để giải khát mà còn là một thói quen, một thú vui, một nét đẹp thanh cao. Ở nước ta, từ Bắc chí Nam cây chè được trồng ở nhiều vùng, góp phần sử dụng hiệu quả tài nguyên thiên nhiên, nhất là đối với các vùng gò đồi trung du, miền núi. Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thích hợp cho cây chè phát triển.Tiềm năng phát triển cây chè ở nước ta là rất lớn, trở thành cây công nghiệp xuất khẩu của nước ta. Cây chè có một vị trí trong nền kinh tế và đời sống của người dân Việt Nam. Đã từ lâu, chè (trà) Việt Nam được xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới đem lại nguồn ngoại tệ đáng kể cho đất nước. Bởi vậy, cây chè được xây dựng thành một trong mười chương trình trọng điểm phát triển nông nghiệp trong Kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của Nhà nước Việt Nam đến năm 2010. Với tiềm năng phát triển đó, cần nâng cao năng suất, sản lượng và chất lượng chè, phù hợp với nhu cầu tiêu dùng trong nước và các nước trên thế giới. Trong đó, sấy chè là một trong những giai đoạn quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng chè thành phẩm. Do đó, việc thiết kế một hệ thống sấy phù hợp với năng suất và sản lượng chè ở nước ta, góp phần nâng cao chất lượng chè là rất cân thiết. Ngoài ra, là một sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, cần phải nắm vững các kiến thức của môn học Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Điều này giúp em có thể hiểu và vận hành được tốt các quá trình chế biến, hoặc lên ý tưởng thiết kế một quy trình cụ thể…

LỜI CẢM ƠN

Môn học Đồ án thiết bị này đã giúp em có cơ hội hình dung lại kiến thức đã học,đồng thời liên hệ thực tiễn sản xuất thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chitiết của một thiết bị sản xuất với số liệu rất cụ thể

Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Vân Anh đã giúp đỡ và hướng dẫn cho

em rất tận tình cho em, đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, các Côtrong bộ môn cũng như các bạn đã tư vấn những kiến thức bổ ích cho em trong quátrình em thực hiện đồ án này

Trong quá trình thực hiện đồ án, do hạn chế về thời gian và kiến thức nên trong đồ áncòn tồn tại nhiều sai sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp từ quý Thầy, quý

Cô và các bạn để em tích lũy được kiến thức chuyên môn và bài làm được hoàn thiệnhơn

Em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

1.Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè năng suất 675 kg/h.

2.Số liệu ban đầu :

Năng suất tính theo sản phẩm G₂ (kg/h): 675

Độ ẩm vật liệu vào W₁ (% khối lượng): 60

Độ ẩm vật liệu ra W₂ (% khối lượng): 4

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Lời mở đầu

- Tổng quan về nguyên liệu và quá trình sấy

- Tính toán các thông số công nghệ:

- Bản vẽ chi tiết: A3, A1

5.Ngày giao nhiệm vụ:

6.Ngày hoàn thành :

Huế, ngày 27 tháng 5 năm 2015

Nguyễn Thị Vân Anh

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xa xưa, con người đã phát hiện ra tính chất bổ dưỡng, bồi bổ sức khỏe của nước

chè và xem cây chè như một loại thảo dược, có tác dụng an thần và chữa bệnh Ở nước ta,uống chè không chỉ để giải khát mà còn là một thói quen, một thú vui, một nét đẹp thanhcao

Ở nước ta, từ Bắc chí Nam cây chè được trồng ở nhiều vùng, góp phần sử dụng hiệuquả tài nguyên thiên nhiên, nhất là đối với các vùng gò đồi trung du, miền núi Nước ta

có khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thích hợp cho cây chè phát triển.Tiềm năng phát triểncây chè ở nước ta là rất lớn, trở thành cây công nghiệp xuất khẩu của nước ta Cây chè cómột vị trí trong nền kinh tế và đời sống của người dân Việt Nam Đã từ lâu, chè (trà) ViệtNam được xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới đem lại nguồn ngoại tệ đáng kể cho đấtnước Bởi vậy, cây chè được xây dựng thành một trong mười chương trình trọng điểm

phát triển nông nghiệp trong Kế hoạch phát triển kinh tế- xã hội của Nhà nước Việt Nam đến năm 2010.

Với tiềm năng phát triển đó, cần nâng cao năng suất, sản lượng và chất lượng chè,phù hợp với nhu cầu tiêu dùng trong nước và các nước trên thế giới Trong đó, sấy chè làmột trong những giai đoạn quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng chè thành phẩm Do đó,việc thiết kế một hệ thống sấy phù hợp với năng suất và sản lượng chè ở nước ta, gópphần nâng cao chất lượng chè là rất cân thiết

Ngoài ra, là một sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, cần phải nắm vững các kiếnthức của môn học Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Điều này giúp em có thể hiểu

và vận hành được tốt các quá trình chế biến, hoặc lên ý tưởng thiết kế một quy trình cụthể…

Với mục tiêu đó, em đã thực hiên Đồ án thiết kế hệ thống sấy để sấy chè với nhiệm

vụ cụ thể là “ Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè với năng suất 675 kg/h ”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH SẤY

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SẤY

1.1.1 Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu chè [6]

Cây chè có một vị trí trong nền kinh tế và đời sống của người dân Việt Nam Đã từlâu, chè (trà) Việt Nam được xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới đem lại nguồn ngoại

tệ đáng kể cho đất nước Bởi vậy, cây chè được xây dựng thành một trong mười chương

trình trọng điểm phát triển nông nghiệp trong Kế hoạch phát triển kinh tế- xã hội của Nhà nước Việt Nam đến năm 2010.

Chè có tên khoa học là Camellia sinensis (L.)O.Kuntze, xếp trong phân loại thực vật:

Loài ở Camellia sinensis Việt Nam còn được chia nhỏ thành 4 giống:

1 Trung Quốc lá nhỏ (Chine microphylla) như chè Mẫu Sơn ở Lạng Sơn

2 Trung Quốc lá to (Chine macrophylla) như chè Trung Du ở Phú Thọ

3 Shan (chè Tuyết) ở Hà Giang (Cao Bồ), Nghĩa Lộ (Suối Giàng), Sơn La (Tô Múa,Chồ Lồng)

4 Atsam, nhập nội từ Ấn Độ (Atssam, Manipua) trồng ở Phú Hộ

1.1.2 Thành phần sinh hóa cây chè [3]

Chè thứ nước uống mà người tiêu dùng rất coi trong chất lượng Thành phần sinh hóaquyết định chất lượng nước chè, cho nên rất cần được chú ý trong sản xuất và chế biếnchè

 Nước:

Hàm lượng nước trong cây chè thay đổi ở các bộ phận khác nhau, nhiều ít tùy theogiống, biện pháp kỹ thuật trồng trọt và điều kiện khí hậu thời tiết Thường ở các bộphận non chứa nhiều nước hơn ở các bộ phận già

Trong lá bánh tẻ hàm lượng nước là 61- 66%; trong thân và cành là 48-75%; trong

rể là 48- 54%; trong chè là 73%, trong lá 1 là 73,3%, trong lá 2 là 73%, trong lá 3

là 72,7%, trong lá 4 là 71,2%, trong lá 5 là 67,2%; trong cuốn non là 83,7%, trongcuốn già là 76,3%

- Hàm lượng teotanin thay đổi phụ thuộc vào giống chè, các biện pháp kỹ thuậtcanh tác và thời vụ trong năm (xem bảng 1)

Bảng 1.1 Hàm lượng tanin của 2 chủng chè PH-1 và Trung du tại Phú Hộ

PH-1 33,4 34,4 36,1 36,29 38,50 37,80 33,72 31,50 35,21Trung du 28,6 32,2 34,83 34,77 35,89 35,90 32,72 28,30 33,03 (Nguồn: Đỗ Ngọc Qũy và Lê Tất Khương)

 Glucid:

Glucid trong chè gồm các loại đường đơn và phức tạp Trong chè chứa rất ít cácloại đường hòa tan, phần lớn là các loại không hòa tan Đường hòa tan tuy ítnhưng có giá trị lớn trong việc điều hòa vị chè và tham gia vào quá trình caramenhóa dưới tác động của nhiệt độ để tạo thành hương thơm vị ngọt của sản phẩmchè Hàm lượng đường tăng lên theo tuổi lá, từ 1,63 % đến 4,33%

 Ancaloid:

Ancaloid là hợp chất không màu, có vị đắng, ít hòa tan trong nước, có tác độngkích thích đầu lưỡi Trong lá chè chứa nhiều loại ancaloid như: Xantin, teobromin,teofillin, cafein, atenin, choline, heteroxantin…

Tác động sinh lý của ancaloid là kích thích vỏ não của hệ thần kinh trung ương,làm cho thần kinh tỉnh táo, minh mẫn Acaloid còn kích thích cơ năng hoạt độngcủa tim, giảm mệt mỏi, kích thích thận, lợi tiểu…

Cafein là kích thích chính của chè, có nhiều trong lá chè Hàm lượng cafein thayđổi tùy theo giống, bộ phận cây chè, thời vụ và kỹ thuật canh tác Giống chè Trung

Ấn có hàm lượng cafein là 4-5% Cafein khi liên kết với tanin tạo thành tanatcafein, có vị dễ chịu và mùi thơm Chè đen khi gặp lạnh, các tanat cafein kết tủatạo thành váng kem sữa nổi lên trên mặt là biểu hiện của chè chất lượng cao

 Protein và acid amin

Các hợp chất protein chiếm đến 25-30% hàm lượng các chất trong lá chè Riênghàm lượng N chiếm 4-5% thành phần các chất trong lá chè

Trong quá trình chế biến chè đen, các protein kết hợp với tanin tạo thành mộtchất không hòa tan, gây trở ngại cho chè đen lên men Chè có nhiều protein có độnon cao hơn dễ vò xoăn làm cho ngoại hình chè khô đẹp, gọi là “chè móc câu” Acid amin trong lá chè gồm có 17 loại, trong đó có 3 loại quan trọng là: theanine(50%), acid glutanic (12%), acid asparagic (10%), chúng có tác dụng sinh lý đốivới con người Ngoài ra, cysteine và methionine tham gia vào sự hình thành củahương thơm chè

Hàm lượng acid amin là một trong các chỉ tiêu để chọn tạo giống chuyên làmchè xanh Phân tích cho thấy hàm lượng N trong lá chè ở Việt Nam như sau: giốngchè PH-1: 5,36 %; giống chè Trung Du: 5,22%

 Vitamin

Trong chè có nhiều loại vitamin như: A, D, E, F, K, B, PP, C…trong đó chủ yếu

là vitamin C Vitamin C trong lá chè nhiều gấp 3-4 lần hàm lượng vitamin nàytrong cam chanh Trong quá trình chế biến, đối với chè xanh vitamin này ít bị biếnđổi hơn nên nhiều gấp 10 lần so với chè đen

Phân số của vitamin C trong lá chè không giống nhau (xem bảng 2)

Bảng 1.2 Hàm lượng vitamin C trong lá chè tươi

và không hòa tan trong nước Chè chất lượng tốt thì ít tro, chất lượng xấu nhiềutro.

Chè đặc sản có tỉ lệ tro trong chất khô là 4,79%; chè loại có 5,33%; chè loại 2 có5,68%; chè loại 3 có 5,98%,

 Men

Trong chè có hầu hết các loại men, nhưng chủ yếu có 2 nhóm men chính là:

- Nhóm men thủy phân: amylase, protease, glucosidase…

- Nhóm men oxy hóa- khử: peroxydase, polyphenoloxydase…

Men polyphenoloxydase và peroxydase đóng vai trò quan trọng nhất và đóng vaitrò khác nhau trong chế biến chè, đặc biệt là chè đen Men polyphenoloxydasetham gia vào quá trinh chuyển hóa tanin tạo ra chất màu, tạo mùi, vị đặc trưng chochè Ngược lại, peoxydase lại oxy hóa tanin bởi H2O2 làm mất màu của nước chè

và làm giảm vị của chè

 Dầu thơm

Đó là hỗn hợp các chất bay hơi có mặt trong các mô bào cây chè, hình thànhtrong quá trình sinh trưởng và phát triển cũng như trong quá trình chế biến Hươngthơm là một chỉ tiêu quan trọng hàng đầu trong đánh giá chất lượng sản phẩm chè Dầu thơm gồm những thành phần có cấu tạo rất phức tạp Hàm lượng dầu thơmtrong lá chè tươi rất nhỏ, chỉ 0,02 – 0,03%

1.1.3 Vài nét về sản phẩm chè

Nước chè (trà) là thức uống phổ biến trong đời sống của con người, uống chè (trà) làmột nét đẹp thanh cao, bên cạnh đó có nhiều công dụng tích cực, có lợi cho sức khỏe.Ngoài tác dụng giải khát, uống chè chống được lạnh, khắc phục được sự mệt mỏi của cơbắp và hệ thần kinh trung ương, kích thích vỏ đại não, làm cho tinh thần minh mẫn sảngkhoái, hưng phấn (do tác động của cafein trong nước chè) trong thời gian lao động căngthẳng, mệt mỏi về trí óc và chân tay

Chè có tác dụng như một dược liệu:

- Chè có tác dụng bảo vệ sức khỏe con người: chữa bệnh đường ruột như kiết lỵ,

ỉa chảy… do tác động của tanin; làm lợi tiểu do tác dụng của teofilin, teobromin;kích thích tiêu hóa mỡ, chống béo phì, chống sâu răng và hôi miệng

- Trong nước chè có chứa nhiều loại vitamin như: C, B2, PP, K, E, F và các acidamin cần thiết cho cơ thể người Bên cạnh đó chè xanh còn có tác dụng điều hòachức năng sinh lý của người ngoài các giá trị về dinh dưỡng và hương vị thựcphẩm

- Chất catesin trong nước chè xanh có tác dụng phòng ngừa ung thư thông qua tácđộng lên hệ thống miễn dịch của cơ thể người, phòng ngừa bệnh huyết áp cao,

bệnh đái đường, ngăn ngừa tăng cao hàm lượng Cholesterol trong máu, chống lãohóa bằng cách cung cấp cho cơ thể con người chất chống oxy hóa như EGCG.

- Các nhà khoa học Hoa Kỳ (10/2003) cho biết uống nhiều chè đen có thể giúp cơthể giảm lượng Cholesterol xấu, giảm nguy cơ đột quỵ đối với những người cótiền sử bệnh tim Họ đã chứng minh là những người uống chè đen liên tục trong 3tuần lễ, có lượng lipoprotein nồng độ thấp (LD1), giảm được 7- 11%

Từ những công dụng hữu ích trên, nhu cầu tiêu dùng chè của con người càng tăng caovới nhiều sản phẩm chè khác nhau Với các phương pháp chế biến khác nhau từ nguyênliệu chè người ta tạo ra được các loại chè có hương vị, thành phần khác nhau:

- Chè xanh: có màu nước pha xanh vàng, vị đậm dịu và hương thơm tự nhiên củachè, được chế biến bằng cách đem nguyên liệu chè diệt men (có trong nguyên liệuchè) rồi vò, sau đó làm khô

- Chè đen: khác với chè xanh là trong quá trình chế biến không tiến hành diệt menngay mà thêm giai đoạn lên men để tạo ra những biến đổi sinh hóa cần thiết làmcho màu sắc và hương vị của thành phẩm sau này có những đặc tính riêng mà cácloại chè khác không có đó là màu nước pha đỏ nâu sáng, vị dịu, hương thơm nhẹ

- Chè đỏ: được chế biến bằng cách đem nguyên liệu chè làm héo và lên men, rồisao, vò kết hợp, cuối cùng đóng bao thành phẩm Chè đỏ có màu nước pha màuvàng ánh hoặc ánh kim, vị đậm, hương thơm đặc biệt

- Chè vàng: có thơm mạnh, vị chát dịu, màu nước pha vàng ánh, được chế biến từnguyên liệu chè qua các giai đoạn diệt men, rồi vò hoặc không vò, cuối cùng ủ,sao hoặc sấy ở nhiệt độ thấp

Trong các loại chè, thế giới sản xuất và tiêu thụ nhiều nhất hai loại chè là chè đen vàchè xanh Các loại chè không qua ướp thêm hương gọi là chè xô, còn có ướp thêm hương(hương của các loại hoa quả tươi hay hương liệu khô) thì được gọi chung là chè hương.Những sản phẩm chè ở dạng cánh rời gọi là chè rời, ở dạng ép lại thành bánh gọi chung

là chè bánh Các sản phẩm chè dạng bột được gọi chung là chè bột hay chè hòa tan

1.1.4 Kỹ thuật sấy chè

Quá trình chế biến chè thông qua nhiều giai đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy…Trong đó sấy là một công đoạn hết sức quan trọng, quyết định phần nào chất lượng củachè thành phẩm

 Mục đích của sấy chè:

- Dùng nhiệt độ cao để đình chỉ hoạt động của các enzyme, cố định các chất tạothành trong quá trình lên men

- Làm cho độ ẩm của chè lên men từ 63-65% xuống còn 3-5% để thuận lợi cho việcbảo quản chè

- Làm bay đi mùi hăng xanh và lộ rõ mùi của các cấu tử tinh dầu có nhiệt độ caonhằm tạo ra hương thơm mới cho chè thành phẩm

- Tiêu diệt các vi sinh vật phát triển như nấm mốc, vi khuẩn Samonella listeria, Coliforms, E.Coli… gây bệnh đường ruột ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 Yêu cầu:

- Chè sau khi sấy phải khô đều, không cò mùi khét Độ ẩm của chè còn lại từ 3-5%

- Trong quá trình sấy chè, dưới tác dụng của nhiệt độ và sự oxy hóa màu đồng đỏcủa chè đã lên men chuyển sang màu xanh sẫm, sau đó màu đen bóng, một số chấtthơm được tạo ra ở giai đoạn lên men bị mất đi, thay vào đó là hương thơm đặctrưng của chè do quá trình oxy hóa và caramen hóa

- Khi sấy chè khô và xoăn lại, ngoài lượng ẩm tách ra, lượng dầu thơm cũng bị tổnthất, chủ yếu là các hợp chất bay hơi và các este của dầu thơm Ngoài ra, các hợpchất nitơ, trong đó có cafein cũng bị giảm

- Mặt khác, khi sấy lượng vitamin trong chè, đặc biệt là vitamin C mất đi rất nhiều,lượng hydropectin giảm 1,5%, protopetin giảm 0,77%; lượng glucose, saccharose,tinh bột giảm đi không nhiều nhưng có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng sảnphẩm Do kết quả của phản ứng Mailar mà một phần glucid bị hòa tan, tạo nênmùi thơm độc đáo cho sản phẩm

- Vì vậy, để đảm bảo chất lượng cho sản phẩm chè, cần chọn chế độ sấy, phươngpháp sấy thích hợp và có những biện pháp hợp lý cho quá trình bảo quản sau khisấy

1.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY

1.2.1 Các phương pháp làm khô vật liệu [7]

Để tách ẩm ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến

và quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp hóa chất vàthực phẩm.Trong công nghiệp người ta sử dụng các phương pháp sau:

- Phương phá cơ học: dung các máy ép, máy lọc máy ly tâm… để tách nước Phươngpháp này được dùng khi không cần tách nước triệt để mà chỉ cần làm sơ bộ, khi lượngnước trong vật liệu rất lớn

- Phương pháp hóa lí: là dùng chất có tính hút nước cao để tách ẩm ra khỏi vật liệu.Phương pháp này tách khá triệt để lượng nước có trong vật liệu nhưng đắt tiền và phứctạp Do vậy, phương pháp này được dùng chủ yếu để tách ẩm trong hỗn hợp khí để bảoquản máy móc, thiết bị Các hóa chất được dùng như CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc,silicagen…

- Phương pháp nhiệt: dung nhiệt năng để làm bốc hơi lượng nước ra khỏi vật liệu làphương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống.

1.2.2 Định nghĩa [7]

Sấy là quá trình tách ẩm bằng cách cấp nhiệt cho vật liệu để làm bay hơi Vật liệu sấy

có thể ở dạng rắn, bột nhão hoặc dung dịch

1.2.3 Các phương thức sấy [7]

Qúa trình sấy được chia làm 2 phương thức: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

* Sấy tự nhiên: tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời,

năng lượng gió…(gọi là quá trình phơi hay sấy tư nhiên) Phương pháp này đỡ tốn nhiệtnăng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kỹthuật, năng suất thấp, thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, phụ thuộc vào điều kiệnthời tiết khí hậu…

* Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho

các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong

kỹ thuật sấy có thể chia ra nhiều dạng:

- Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy

là không khí nóng, khói lò…

- Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật

liệu sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

- Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lương của tia hồng ngoại

do nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy

- Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có

tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu

- Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi tường có độ chân không rất cao,

nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thànhhơi không qua trạng thái lỏng

Từ các đặc điểm của các phương thức sấy nói trên thì sấy đối lưu là phù hợp để sấychè nhất Chè được tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy là không khí nóng, qua đó trao đổinhiệt cho nhau và làm giảm độ ẩm của chè đến mức thích hợp thuận tiện chế biến thànhphẩm hay bảo quản

1.2.4 Chọn thiết bị sấy

Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống băng tải,

hệ thống sấy khí động, hệ thống sấy tầng sôi, hệ thống sấy thâp, hệ thống sấy thùng quay,

hệ thống sấy phun…mỗi loại đều có ưu vă nhược điểm riíng, phù hợp với từng dạng vậtliệu khâc nhau Tôi chọn hệ thống sấy băng tải với những ưu điểm sau:

- Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn vă sắp xếp lại nín tăng bề mặttiếp xúc pha đồng thời tăng tốc độ sấy

- Có thể bổ sung nhiệt bằng câch đốt nóng giữa chừng vă điều kiển được tốc độdòng khí

- Phù hợp với vật liệu sấy dạng hạt, dạng rời như ngô, thóc… vă đặc biệt lă chỉ

- Hoạt động liín tục hoặc bân liín tục nín năng suất lơn hơn rất nhiều so với hệthống sấy buồng

- Có thể thực hiện sấy cùng chiều, chĩo dòng hay ngược chiều

Trong đồ ân năy tôi sử dụng sấy xuôi chiều vì chỉ lă vật liệu khi ở trang thâi ẩm chịuđược sấy với cường độ cao tốt hơn ở trang thâi khô Đồng thời khi ở nhiệt độ cao vă dichuyển từ băng tải năy sang băng tải khâc sẽ dễ lăm hỏng câc tĩp chỉ mă sấy xuôi chiềucho phĩp sấy ở nhiệt độ thấp hơn hoặc bằng 80⁰C lă nhiệt độ thích hợp để sấy chỉ

1.2.5 Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải

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

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

Trong quâ trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nín có một phần chỉ sẽ

bị kĩo theo không khí ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải vă chỉ người ta đặt ở đườngống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi ra khỏi phòng sấy đi văo cyclon

để tâch chỉ cuốn theo vă lăm sạch Sau đó một phần khí thải được quạt hút ra đường ốngdẫn khí để thải ra ngoăi không khí Một phần khí cho tuần hoăn trở lại trộn lẫn với khôngkhí mới tạo thănh hỗn hợp khí được quạt đẩy đẩy văo calorife Hỗn hợp khí năy đượcnđng nhiệt độ đến nhiệt độ cần thiết rồi văo phòng sấy tiếp tục thực hiện quâ trình sấy.Quâ trình sấy lại được tiếp tục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa văo phòng sấy đi qua câc băng tảinhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trín băng tải cùng chiều với chiều

Hỗn hợp sau khi sấy

Hơi nước bão hoà Khäng khêVật liệu ra

4 5

1.Phòng sấy 2.Caloripher 3.Quạt đẩy không khí 4.Cyclon 5.Quạt hút không khí

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sấy băng tải

1.2.6 Cấu tạo thiết bị

Máy sấy băng tải gồm: phòng sấy (1), băng tải (2) có nhiệm vụ vận chuyển nguyênliệu sấy, băng tải chuyển động được là nhờ các tang quay (3), đồng thời tựa trên các conlăn (4) để giữ thăng bằng Băng tải được làm bằng sợi bông tấm cao su, thép hay lưới kimloại Không khí được đốt nóng trong caloriphe (5) rồi được thổi vào phòng sấy chuyểnđộng qua các lớp vật liệu để làm khô vật liệu sấy Vật liệu sấy được đưa vào qua phễunạp liệu (6) rồi lần lượt rơi xuống các băng tải, các băng tải chuyển động ngược chiềunhau giúp cho nguyên liệu được khô đồng đều hơn Sau khi qua băng tải cuối cùng vậtliệu sấy được đưa qua cửa tháo liệu (7) Để quá trình sấy được tốt nhất cho không khíchuyển động với vận tốc lớn khoảng 3m/s, băng tải chuyển động với vận tốc 0,3-0,6m/phút

Cấu tạo của thiết bị sấy băng tải được thể hiện ở Hình 1.2

Hình 1.2 Cấu tạo thiết bị sấy băng tải

CHƯƠNG 2.CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Năng suất tính theo sản phẩm G₂ (kg/h): 675

Độ ẩm vật liệu vào W₁ (% khối lượng): 60

Độ ẩm vật liệu ra W₂ (% khối lượng): 4

Nhiệt độ của không khí khi vào máy sấy t₁ (⁰C): 80

Áp suất hơi bão hòa P₁bh tại nhiệt độ t1 (at) 0,483 (Bảng I.250, T312, [1])

Nhiệt độ của không khí khi ra khỏi máy sấy t₂ (⁰C): 33

Chất tải nhiệt là hơi bão hòa

Tác nhân nhiệt là không khì khô

Chọn đăt thiết bị sấy ở Thừa Thiên Huế có trạng thái không khí ngoài trời là (Bảng VII.1, T99, [2]):

+ Nhiệt độ ngoài trời t₀ = 25⁰C

+ Độ ẩm φ₀ = 81%

2.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ

Gọi:

G₁, G₂ : lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h)

Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h)

W₁, W₂: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy (% khối lượng vật liệu ướt)

W : độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h)

L : lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)

x₀ : hàm ẩm của không khí trước khi vào caloriphe (kg/kgkkk)

x₁, x₂ : hàm ẩm của không khí trước khi vào phòng sấy và sau khi ra khỏi phòngsấy (kg/kgkk)

Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloriphe là:

x0=0.622 φ0 P 0 bh P−φ0 P 0 bh (kg/kgkkk) (CT VII.11, T95, [2])

Với t₀ =25 ⁰C thì P₀bh = 0,0323 (at) thì x0= 0,622.0,81.0,0323

1,033−0,81.0,0323x0=0,622∗φ0∗P 0 bh

P−φ0∗P 0 bh = 0,0162(kg/kgkkk)

Nhiệt lượng riêng của không khí trước khi vào caloriphe:

I₀ = Ckkk t0 + x0.ih = Ckkk.t0 + (r0 +Ch t0).x0 (CT VII.13, T96, [2]) Trong đó:

Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí,(J/kg.độ)

Ckkk=10³ J/kg.độ

t0 : nhiệt độ của không khí nơi đặt thiết bị, t0 =25⁰C

Ch : nhiệt dung riêng của hơi nước ở nhiệt độ t0, J/kg.độ, Ch = 1,97.10³

r0 : nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0⁰C, r0 = 2493.10³

Vậy I0 = 10³.25 + (2493.10³+1,97.10³.25).0,0162 = 66184,5 (J/kgkkk)

= 66,1845 (KJ/kgkkk)

Trạng thái của không khí sau khi ra khỏi caloriphe:

Khi đi qua caloriphe sưởi, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ mà không thay đổi hàm ẩm,nghĩa là x₁ = x₀ = 0,0162 (kg/kgkkk)

Vậy ứng với nhiệt độ t₁ = 80⁰C, P1bh = 0,483 (at) ta có:

Tại nhiệt độ t₂ = 38⁰C, áp suất hơi bão hòa P2bh = e12− 4026,42

235,5 +38 = 0,066 (bar) = 0,067 (at)Nếu ta coi quá trình sấy ở đây là sấy lý thuyết thì: I1 = I2 = 122940 (J/kgkkk)

Bảng 2.1 Các thông số của không khí

Các thông số Trước khi vào

x (kg/kgkkk) 0,0162 0,0162 0,033

2.3 CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu và lượng không khí khô tuyệt đốicũng không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy

Gọi: G₁, G₂ : lượng vật liệu trước và sau khi sấy, kg/h

Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h

W : lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy, kg/h

Lượng vật liệu khô tuyệt đối Gk:

Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy: G₁ = W + G₂ = 945 + 675 = 1620 (kg/h)

2.3.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Cũng như vật liệu khô, coi như lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy không bịmất mát trong suốt quá trình sấy.Khi qua quá trình làm việc ổn định lượng không khí đivào máy sấy mang theo một lượng ẩm là: Lx1

Sau khi sấy xong, lượng ẩm lúc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêm mộtlượng ẩm là W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi mấy sấy là Lx2 thì ta có phương trình cân bằng

L.x1 + W = L.x2

Từ đó suy ra, lượng không khí khô tối thiểu cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm trong vậtliệu là: L = x W

2– x1 = 0,033−0,0162945 = 56250 (kg/h) (CT 16-18, T165, [4])

Tại 25⁰C, ta có ρ₀ = 1,185 kg/m³ (Bảng I.255, T318, [1])

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào caloripher:

V = ρ L

₀ = 562501,185 = 47468,354 (m³/h) Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là:

l = W L = 1

x2−x1=

56250

945 = 59,524 (kgkkk/kgẩm)

Lập bảng giá trị:

Bảng 2.2 Giá trị cân bằng vật liệu

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH TOÁN

v₂ = P−φ R T2

1 P 2 bh = 287.(38+273)

(1,033−0,777.0,067 ).0,981 105 = 0,928 (m³/kgkkk) Thể tích của không khí ra khỏi phòng sấy:

V2 = L.v2 = 56250.0,928 = 52200 (m³/h)

Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

Vtb = V1+V2

2 = 57712,4+522002 = 54956,25 (m³/h)

3.1.2 Chọn kích thước của băng tải

Gọi: Br : chiều rộng lớp băng tải (m)

h : chiều dày lớp chè (m), h = 0,1 (m)

w : vận tốc băng tải (m/phút), w = 0,5 m/phút

ρ : khối lượng riêng của chè (kg/m³), ρ = 340 (kg/m³)

Năng suất của quá trình sấy:

G1 = Br.h.w.ρ (kg/h)Suy ra: Br = G1

h ρ w 60 = 0,1.340.0,5 601620 = 1,588 (m) Chiều rộng thực tế của băng tải: Btt = B r

η = 1,5880,9 = 1,764 (m) Với η = 0,9 là hệ số hiệu chỉnh

Chiều dài băng tải:

Gọi : Lb : chiều dài băng tải (m)

Ls : chiều dài phụ thêm (m), Ls = 1,2 (m)

T : thời gian sấy (h), T = 0,5 (h)

Vậy chiều dài băng tải là: Lb = G1 T

B r h ρ+L s = 1,764.0,1.3401620.0,5 + 1,2 = 14,705 (m)

(CT VII.48, T121, [2])

Lb ≈ 15 (m)

Băng tải chỉ sử dụng một dây chuyền nên ta chọn chiều dài mỗi băng là: Lb = 5 (m)

Suy ra số băng tải là i = 3

Đường kính của băng tải là d = 0,3

3.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy

Phòng sấy được xây bằng gạch

Bề dày của tường δ = 0,22 (m) có:

Hai lớp vữa hai bên, mỗi lớp dày δ₁ = δ₂ = 0,01 (m)

Chiều dày viên gạch δ₃ = 0,2 (m)

Trần phòng được làm bằng bêtông cốt thép có:

Chiều dày δ'₁ = 0,2 (m)

Lớp cách nhiệt dày δ'₂ = 0,15 (m)

Cửa phòng được là bằng tấm nhôm mỏng, có bề dày δ"₁ = 0,005 (m)

Giữa có lớp cách nhiệt dày δ"₂ = 0,15 (m)

Khoảng cách từ các băng tải đến tường (mặt phẳng tương ứng bề rộng của phòng sấy)

Lr = 0,7 (m)

Chiều dài làm việc của phòng sấy: Lph = Lb + 2.Lr = 5 + 2.0,7 = 6,4 (m)

Chiều cao làm việc của phòng sấy: Hph = 3.h +3.h₁+ 2.h₂ +2.h₃

Trong đó: h là chiều dày lớp chè, h = 0,1 (m)

h₁ = d là đường kính băng tải, h₁ = 0,3 (m)

h₂ khoảng cách giữa các băng tải, h₂ = 0,5

h₃ khoảng cách từ băng tải biên đến trần và nền, h₃ = 0,35 (m) Suy ra Hph = 3.0,1 + 3.0,3 + 2.0,5 + 2.0,35 = 2,9 (m)

Khoảng cách từ các băng tải đến tường (mặt phẳng tương ứng bề dài của phòng sấy)

Ld = 0,4 (m)

Chiều rộng làm việc của phòng sấy: Rph= Btt + 2.Ld = 1,764 + 2.0,4 = 2,564 (m)

Vậy kích thước phòng sấy kể cả tường:

ph+R ph = 2.2,9 2,5642,9+2,564 = 2,722 (m) Nhiệt độ trung bình của phòng sấy ttb = t1+t2

2 = 80+382 = 59 ⁰C

Tra Bảng I.255, T318, [1] ta có:

Tại 50⁰C có λ = 0,0283 W/m⁰C, ν = 17,95.10-6 m²/s, Pr = 0,698

Tại 60⁰C có λ = 0,029 W/m⁰C, ν = 18,97.10-6 m²/s, Pr = 0,696

Do đó tại ttb = 59⁰C ta có: λtb = 0,02893 W/m⁰C, νtb = 18,868.10-6 m²/s, Pr = 0,6962 Hằng số Reynold đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng khí:

Re = ω kk l td

ν tb = 2,053.2,722

18868.10−6 = 296176,913 (CT V.36, T13, [2])

Suy ra chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy là chuyển động xoáy

3.1.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh

Δtt₁: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí bênngoài môi trường, Δtt₁ = t₁ - t = 55⁰C

Δtt₂: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phòng sấy với không khíbên ngoài môi trường, Δtt₂ = t₂ - t = 13⁰C

3.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

3.2.1 Nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra

Trong sấy nông sản, nhiệt độ của vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độtác nhân sấy tương ứng từ (5 - 10⁰C), tvl2 = t2 – (5 -10⁰C) vậy nên nhiệt độ của vật liệu làtvl1 = 25⁰C, tvl2 = 38 – 5 =33⁰C

Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,1868 (kJ/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của chè khô Cvlk = 1,55 (kJ/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của chè ra khỏi hầm sấy:

Cvl =Cvlk (1 – W2) + Cn W2 = 1,55.(1-4) + 4,1868.4 = 1,655 (kJ/kg.độ)

Nhiệt tải riêng do vật liệu sấy mang đi:

qvl = G2 C vl

W (tvl2 –tvl1) = 675.1,655945 (33-25) = 9,457 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra:

Qvl = G2.Cvl.(tvl2 –tvl1) = qvl.W = 9,457.945 = 8936,865 (kJ/h)

(CT, T167, [2])

3.2.2 Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh

Qtt = Qt +Qtr+Qc+Qn Trong đó: Qt : tổn thất nhiệt qua tường

Qtr : tổn thất nhiệt qua trần

Qc : tổn thất nhiệt qua cửa

Qn : tổn thất nhiệt qua nền

3.2.2.1 Tổn thất nhiệt qua tường

Tường xây bằng gạch có bề dày δ = 0,22 (m) có:

Hai lớp vữa hai bên, mỗi lớp dày δ₁ = δ₂ = 0,01 (m)

Chiều dày viên gạch δ₃ = 0,2 (m)

Tra Phụ lục 2, T347, [5] được:

λgạch = 0,7-0,8 W/m⁰C Chọn λgạch = 0,8 W/m⁰C

λvữa = 0,7 – 1,2 W/m⁰C Chọn λvữa = 1,2 W/m⁰C

Lưu thể nóng (không khí nóng) chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên (vì có

sự chênh lệch nhiệt độ) và do cưỡng bức (quạt) Không khí chuyển động theo chế độchảy xoáy (do Re>104)

Gọi α₁ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

α₁ = k.(α₁'+ α₁'') Với: α₁' hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức, W/m⁰C

α₁'' hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên, W/m⁰C

3.8,5(18,868 10−6)2.332 = 18024264804

α2'' hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Nhiệt tải riêng của không khí từ phòng sấy đến môi trường xung quanh

q₁ = α₁.∆t₁ = 7,484.8,5 = 63,614 W/m²

Ta có: δ1, δ2 = 0,01m với hệ số dẫn nhiệt tương ứng là λ₁ = λ₂ = 1,2W/m⁰C

δ₃ = 0,2m với hệ số dẫn nhiệt tương ứng là λ₃ = 0,8W/m⁰C

Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì:

Nhiệt độ lớp biên giới giữa tường ngoài phòng sấy và không khí ngoài trời

tbg = t T 2+25

2 = 33,515+252 = 29,258⁰C