Trong đời sống nói chung cũng như trong ngành công nghệ thực phẩm nói riêng bảo quản sản phẩm thực phẩm sao cho được thời gian dài và hạn chế ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm là một vấn đề vô cùng quan trọng. Một trong những phương pháp để bảo quản tốt nhất đó là sấy. Bản chất của quá trình sấy chính là tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng. Sản phẩm sau khi được sấy sẽ giảm độ ẩm nhằm hạn chế được hoạt động của các vi sinh vật đồng thời sấy giúp giảm khối lượng thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, tăng độ bền vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm. Mỗi sản phẩm khác nhau thì có những phương pháp sấy và công nghệ sấy riêng. Nó phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến nguyên liệu như: kích thước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hóa lý, trạng thái bề mặt...Vì vậy tùy từng loại nguyên liệu mà ta chọn phương pháp sấy sao cho phù hợp. Nước ta là một nước nông nghiệp nên các nông sản là rất phong phú. Tuy nhiên mỗi loại nông sản thì có tính mùa vụ, mặt khác khí hậu lại nóng ẩm nên vi sinh vật rất dễ hoạt động, vì vậy đòi hỏi phát triển các kỷ thuật sấy nhằm bảo quản chúng trong một thời gian nhất định để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng. Một trong những nông sản phổ biến và có giá trị dinh dưỡng cao, được nhiều người ưa dùng đó là đậu xanh. Để sấy đậu xanh thì có nhiều phương pháp sấy tuy nhiên tối ưu nhất vẫn là sấy thùng quay. Vì vậy trong đồ án lần này em xin chọn đề tài là “ thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 1500kgh”.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên: Phạm Thị Mỹ Tâm Lớp: CNTP47B Ngành học: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy thùng quay đậu xanh nguyên hạt Số liệu ban đầu - Năng suất sản phẩm: 1500kg/h - Nhiệt độ môi trường: 250C - Độ ẩm tương đối: 85% - Độ ẩm vật liệu vào: ω1 = 22% - Độ ẩm vật liệu ra: ω2 = 11% - Nhiệt độ tác nhân sấy vào: 550C - Nhiệt độ tác nhân sấy ra: 330C Nội dung phần thuyết minh tính toán - Đặt vấn đề - Cơ sỡ lý thuyết - Tính toán công nghệ thiết bị - Kết luận - Tài liệu tham khảo Bản vẽ Bản vẽ chi tiết thiết bị (cụm thiết bị mặt cắt): A1 Ngày giao nhiệm vụ: 10/02/2016 Ngày hoàn thành: 18/05/2016 Huế, ngày 12tháng năm 2016 Trưởng môn CNTP Giáo viên hướng dẫn ThS Lê Thanh Long ThS Nguyễn Cao Cường Chương 1: Đặt vấn đề Trong đời sống nói chung ngành công nghệ thực phẩm nói riêng bảo quản sản phẩm thực phẩm cho thời gian dài hạn chế ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vấn đề vô cùng quan trọng Một phương pháp để bảo quản tốt sấy Bản chất trình sấy chính tách ẩm khỏi vật liệu cách dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu rắn hay lỏng Sản phẩm sau sấy giảm độ ẩm nhằm hạn chế hoạt động vi sinh vật đồng thời sấy giúp giảm khối lượng thuận tiện cho việc vận chuyển bảo quản, tăng độ bền vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm Mỗi sản phẩm khác có phương pháp sấy công nghệ sấy riêng Nó phụ thuộc vào yếu tố liên quan đến nguyên liệu như: kích thước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hóa lý, trạng thái bề mặt Vì tùy loại nguyên liệu mà ta chọn phương pháp sấy cho phù hợp Nước ta nước nông nghiệp nên nông sản phong phú Tuy nhiên loại nông sản có tính mùa vụ, mặt khác khí hậu lại nóng ẩm nên vi sinh vật dễ hoạt động, đòi hỏi phát triển kỷ thuật sấy nhằm bảo quản chúng thời gian định để phục vụ nhu cầu người tiêu dùng Một nông sản phổ biến có giá trị dinh dưỡng cao, nhiều người ưa dùng đậu xanh Để sấy đậu xanh có nhiều phương pháp sấy nhiên tối ưu sấy thùng quay Vì đồ án lần em xin chọn đề tài “ thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt với suất 1500kg/h” Chương 2: Cơ sỡ lý thuyết 2.1 Khái niệm chung trình sấy 2.1.1 Khái niệm Sấy hoạt động nhằm loại bỏ nước chất dễ bay khác chứa thể vật liệu có thay đổi trạng thái bốc thăng hoa Sấy trình dùng nhiệt để làm bốc nước khỏi vật liệu xảy đồng thời hai trình truyền nhiệt ẩm vật liệu sấy 2.1.2 Mục đích - Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở) - Tăng thời gian bảo quản - Hạn chế phát triển vi sinh vật phản ứng sinh hóa - Tạo hình cho sản phẩm - Tăng độ bền cho sản phẩm gỗ, vật liệu gốm sứ - Tăng tính cảm quan cho sản phẩm 2.1.3 Phân loại trình sấy Gồm có hai loại sấy tự nhiên sấy nhân tạo 2.1.3.1 Sấy tự nhiên Dùng lượng có sẵn thiên nhiên để thực trình sấy Ưu điểm: không tốn lượng, đơn giản rẻ tiền Nhược điểm: + Thời gian sấy dài + Tốn nhân công mặt xây dựng + Khó điều chỉnh thông số trình sấy + Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết + Vật liệu sau sấy lượng ẩm cao 2.1.3.1 Sấy nhân tạo Dùng thiết bị để thực trình sấy, phải cung cấp nhiệt lượng từ bên cho vật liệu ẩm Phương pháp cung cấp nhiệt có thể dẫn nhiệt, đối lưu, xạ, lượng điện trường có tần số cao + Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tác nhân truyền nhiệt không khí nóng, khói lò + Sấy tiếp xúc: 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 vách ngăn + Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy + Sấy dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn chiều dày vật liệu sấy Ưu điểm: + Khắc phục nhược điểm sấy tự nhiên + Kiểm soát sản phẩm vào, nhiệt độ cung cấp + Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu + Tốn ít mặt bằng, nhân công Nhược điểm: Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán kỷ thuật, chi phí lượng 2.1.4 Nguyên lý trình sấy Sấy trình làm khô vật liệu ẩm cung cấp lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm vật liệu, đưa ẩm thoát khỏi vật liệu Quá trình sấy trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm cả trình khuếch tán bên cả bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc toàn trình qui định gian đoạn chậm Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước môi trường không khí xung quanh Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ lòng vật liệu bề mặt vật liệu sấy Trong trình sấy nhiệt độ môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do nghiên cứu trình sấy phải nghiên cứu hai mặt trình sấy: + Mặt tỉnh lực học: tức dựa vào cân vật liệu cân nhiệt lượng ta tìm mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy để từ xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy + Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu với thời gian sấy thông số trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu sấy điều kiên thủy động học tác nhân sấy để từ xác định chế độ sấy thời gian sấy thích hợp 2.2 Tác nhân sấy, thiết bị sấy 2.2.1 Tác nhân sấy 2.2.1.1 Khái niệm Là chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong trình sấy, môi trường buồng sấy luôn bổ sung ẩm thoát từ vật sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên, đến lúc đạt cân vật sấy môi trường buồng sấy trình thoát ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ tác nhân sấy: + Gia nhiệt cho vật sấy + Tải ẩm mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường + Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực nhiệm vụ Cơ chế trình sấy gồm giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát khỏi vật liệu mà không mang kịp thời ảnh hưởng tới trình bốc ẩm từ vật liệu sấy chí làm ngừng trệ trình thoát ẩm Để tải ẩm bay từ vật sấy vào môi trường có thể dùng biện pháp: - Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt - Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải (sấy chân không) Trong sấy đối lưu vai trò tác nhân sấy đặt biệt quan trọng đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng không khí nóng khói lò, nhiệt, chất lỏng… 2.2.1.2 Các tác nhân sấy thường dùng - Không khí ẩm: không khí có chứa nước, trạng thái không khí ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến trình sấy bảo quản sản phẩm sấy Khi để vật liệu ẩm môi trường không khí khô nước nguyên liệu bay Quá trình bay dừng lại áp suất không khí có trị số áp suất nước bão hòa cùng nhiệt độ đó, lúc ta có hỗn hợp không khí bão hòa nước - Khói lò: sản phẩm khí trình đốt cháy chất Khối lượng, thành phần thông số trạng thái khói lò phụ thuộc vào thành phần chất đốt phương pháp đốt cháy + Ưu điểm: cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy khoảng rộng, đầu tư vốn ít không phải dùng calorife, giảm tiêu hao điện năng, nâng cao hiệu quả sử dụng + Nhược điểm: gây bụi bẩn, dễ gây hỏa hoạn xảy phản ứng hóa học không cần thiết, ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm nên ít sử dụng công nghiệp - Hơi nhiệt: dùng cho loại sản phẩm dễ bị cháy nổ, có khả chịu nhiệt cao Vì sấy nhiệt nhiệt độ thường lớn 1000C ( sấy áp suất khí quyển) 2.2.2 Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trường hợp khác nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy không khí thiết bị sấy khói lò, thiết bị sấy phương pháp đặc biệt sấy thăng hoa, sấy dòng điện cao tần - Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy áp suất thường - Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục sấy gián đoạn - Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy xạ - Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun - Dựa vào chiều chuyển động vật liệu sấy tác nhân sấy: sấy cùng chiều, ngược chiều, giao chiều 2.3 Vật liệu sấy 2.3.1 Giới thiệu chung Đậu xanh hay đỗ xanh đậu có danh pháp hai phần Vigna radiata có kích thước hạt nhỏ (đường kính khoảng 2–2,5 mm) Đậu xanh thuộc loại thảo mọc đứng Lá mọc kép chia, có lông hai mặt Hoa màu vàng lục mọc kẽ Quả hình trụ thẳng, mảnh số lượng nhiều, có lông chứa hạt hình tròn thuôn, kích thước nhỏ, màu xanh, ruột màu vàng, có mầm - Cấu tạo hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có cấu tạo giống hạt họ đậu nội nhũ, gồm phần: vỏ, từ diệp, phôi + Vỏ: loại hạt trần nên vỏ cấu tạo từ vỏ quả vỏ hạt Vỏ phận có chức bảo vệ phôi từ diệp khỏi tác dụng học, hóa học môi trường Vỏ chiếm khoảng 7% so với khối lượng toàn hạt Trong vỏ chất dinh dưỡng, thành phần chủ yếu vỏ cellulose, hemicellulose licthin + Từ diệp: chiếm 90% khối lượng hạt đậu, hạt đậu có từ diệp Từ diệp cấu tạo từ tế bào lớn thành mỏng, tế bào khoảng trống + Phôi: phôi chiếm 3% khối lượng toàn hạt, gồm phần chính chồi mầm rễ mầm, phôi phần phát triển thành non hạt nảy mầm phôi chứa nhiều chất dinh dưỡng, chủ yếu protein, glucid hòa tan lipid Bảng 2: thành phần hóa học đậu xanh Thành phần Tỉ lệ glucid 52% protid 32% Nước 13,7% cellulosa 4,6% Ngoài hạt đậu xanh chứa hàm lượng nhỏ chất béo, vitamin (A, B1, B2, niacin) số chất khoáng (Na, K, Ca, P, Fe, Cu), số enzyme lipase, traferase, hydrolase, lypoxygennase Vì vấn đề bảo quản đậu xanh nguyên liệu họ đậu nói chung khó, đậu môi trường dễ cho loại sâu mọt phá hoại Mặt khác điều kiện bảo quản không tốt nhiệt độ, độ ẩm cao đậu bị “ sượng ” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu Muốn Ngoài hạt đậu xanh chứa hàm lượng nhỏ chất béo, vitamin (A, B1, B2, niacin) số chất khoáng (Na, K, Ca, P, Fe, Cu), số enzyme lipase, traferase, hydrolase, lypoxygennase Vì vấn đề bảo quản đậu xanh nguyên liệu họ đậu nói chung khó, đậu môi trường dễ cho loại sâu mọt phá hoại Mặt khác điều kiện bảo quản không tốt nhiệt độ, độ ẩm cao đậu bị “ sượng ” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu Muốn có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt có độ ẩm an toàn trình phơi, sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng việc bảo quản, chế biến nâng cao chất lượng hạt 2.3.2 Tác dụng đậu xanh sức khỏe - Chữa bệnh gút hiệu quả với đậu xanh Theo Đông y, đậu xanh có tác dụng nhiệt giải độc, trừ phiền nhiệt, bớt sưng phù, điều hòa ngũ tạng, nấu ăn bổ mát trừ bệnh thuộc nhiệt Vỏ đậu xanh không độc, có tác dụng giải nhiệt độc, dùng chữa mụn, ung nhọt… - Đậu xanh giúp tim khỏe Đậu xanh chứa chất kháng viêm mức cao vitamin B phức hợp, có công dụng tăng thêm sức khỏe mạch máu Ngoài ra, đậu xanh giúp giảm mức triglyceride cholesterol xấu, nên có ích cho sức khỏe tim - Đậu xanh làm giảm nguy ung thư vú tuyến tiền liệt Vỏ đậu xanh có chứa nhiều hoạt chất thuộc nhóm flavonoid, có tác dụng ức chế tăng trưởng tế bào ung thư đặc biệt làm giảm nguy mắc bệnh ung thư vú tuyến tiền liệt - Đậu xanh giúp ngừa ung thư dày Đậu xanh chứa hàm lượng cao chất chống ôxy hóa coumestrol – loại polyphenol giúp bảo vệ sức khỏe Ngoài ra, hợp chất phytonutrient chứa đậu xanh có tác dụng phòng tránh ung thư dày - Đậu xanh giúp tăng cường hệ miễn dịch Chất xơ đậu xanh có khả loại bỏ độc tố thể, giúp ngăn ngừa chứng ung thư ruột kết Đậu xanh tốt cho người tiểu đường giảm cân Đậu xanh nguồn cung cấp chất xơ hòa tan Chất qua đường tiêu hóa, lấy chất béo thừa loại bỏ khỏi thể trước hấp thụ, cholesterol Do đó, đậu xanh giúp người béo kiềm chế thèm ăn giảm lượng chất béo nguy hiểm cho thể Đồng thời đậu xanh giúp ổn định lượng đường máu sau bữa ăn nên tốt cho người bệnh tiểu đường Chính đậu xanh có nhiều tác dụng sức khỏe nên trình chế biến bảo quản đòi hỏi phải giữ lại chất dinh dưỡng đậu xanh Trong trình sấy phù hợp ảnh hưởng lớn đến việc giữ lại chất dinh dưỡng 2.3.3 Quy trình sấy đậu xanh Đậu xanh Thu hoạch Phơi (sấy sơ) Đập, tách hạt Làm Phân loại Sấy Làm nguội Kiểm tra cở hạt Đóng gói Thành phẩm Đậu thu hoạch từ đồng ruộng người ta chặt nhặt hạt đậu Khi thu hoạch từ đồng ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình từ 20-25% Đối với đậu xanh thu hoạch cả quả phải phơi sấy sơ tới độ ẩm định tách, lấy hạt khỏi vỏ quả thuận lợi Việc đập tách hạt khỏi quả có thể làm máy tay sau tiến hành làm sạch, tách tạp chất có hạt cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá lẫn vào hạt thu hoạch Tách hạt có thể tách sàng, rây: tạp chất hữu lớn hạt nên lớp cùng, lớp hạt, lớp cùng đất, cát, rác vụn nhỏ hạt Sau có khối đậu xanh tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, theo kích cỡ, có thể dùng sàng với lớp có đường kính lỡ khác Sau phân loại, tiến hành sấy theo loại đậu, sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm thành phẩm đạt 10% trình sấy kết thúc Sau sấy đậu làm nguội tự nhiên có quạt thổi để giảm bớt nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo khối đậu kiểm tra lại cở hạt để lọa bỏ hạt lép, hỏng sau sấy Cuối cùng đậu đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50kg, 25kg, 10kg, 5kg, 1kg tạo sản phẩm đậu xanh nguyên hạt 2.4 Chọn phương pháp sấy 2.4.1 Chọn thiết bị sấy Đậu xanh nông sản dạng hạt nên người ta thường dùng thiết bị sấy thùng quay Loại thiết bị dùng rộng rãi công nghệ sau thu hoạch để sấy vật liệu dạng hạt có kích thước nhỏ Sấy thùng quay loại thiết bị sấy đối lưu nên vật liệu trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng sản phẩm cao Ngoài thiết bị có thể làm việc với suất lớn nên e chọn thiết bị để sấy đậu xanh nguyên hạt với suất 1500kg/h Tác nhân sấy sử dụng cho trình sấy có thể không khí nóng khói lò Tuy nhiên trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm nên em chọn tác nhân sấy không khí nóng, nhiệt cung cấp cho không khí calorife từ trình ngưng tụ nước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấy chọn phụ thuộc vào bản chất hạt, có loại hạt sấy nhiệt độ cao giữ tính chất vật lý, sinh lý công nghệ, lại có loại hạt không cho phép sấy nhiệt độ cao Đối với đậu xanh loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao sấy nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40-55 0C Do em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào 500C 2.4.2 Quá trình hoạt động hệ thống 2.4.2.1 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay Trong : + ∆Pm: trở lực ma sát đoạn ống dẫn N/ m2 +∆Pcb: tổng trở lục cục đột mở đột thu N/ m2 +∆Pqd: trở lực áp suất động đấu quạt đẩy N/ m2 +∆Pqh: trở lực áp suất động đấu vào quạt hút N/ m2 + ΔPcal: trở lực cục calorife N/ m2 + ΔPs: trở lực thùng quay a, Tính trở lưc ma sát đoạn ống dẫn Chọn đường kính đoạn ống dẫn ( ống nối từ miệng quạt đên calorife) 0,35 (m) - Trở lực đường ống từ miệng quạt đẩy đến khúc khuỷu Chọn chiều dài ống dẫn từ miệng quạt đẩy đến khúc khuỷu l0 = 1,7(m) ∆Pm0 = Vận tốc không khí ống là: = Mà F = = = 0,096 (m2) V0 = 5,462 (m3/s) = = 56,894 (m/s) Chuẩn số Reynol là: Re = = = 1,28106 Vì Re > 4000 nên không khí ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát: (CT II.65/380 - [1]) Trong đó: : độ nhám tương đối, = dtd: đường kính tương đương ống, d = 0,35 m : độ nhám tuyệt đối Chọn = 10-4 (m) = -2lg [( )0,9 + ] = 8,043 (Bảng II.15/381- [1]) ⇒ λ0 = 0,0154 Trở lực đường ống từ miệng quạt đẩy đến khúc khuỷu (calorife) ∆Pm0 = = = 144 (N/m2) - Trở lực đường ống từ khúc khuỷu đến calorife Chọn chiều dài ống dẫn khúc khuỷu đến calorife l1=1,1(m) = 56,894(m/s) = = 0,0154 ∆Pm1 = = =92,825 (N/m2) - Trở lực đường ống từ calorife đến thùng tiếp liệu + Chọn chiều dài ống dẫn l2 = (m) + Vận tốc dòng khí ống: = Trong đó: V1: lưu lượng không khí khỏi calorife 6,0144 (m3/s) Suy ra: = = 62,65 (m/s) Chuẩn số Reynolds: Re = Trong đó: : độ nhớt động không khí khỏi calorifer vào thùng chứa sản phẩm ứng với trạng thái không khí sau khỏi calorife, t = 550C,= 18,46.10-6 (m2/s) Suy ra: Re = = 1,188106 Vì Re > 4000 nên không khí ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát: (CT II.65/380 - [1]) Trong đó: : độ nhám tương đối, = dtd: đường kính tương đương ống, d = 0,35 m : độ nhám tuyệt đối Chọn = 10-4 (m) = -2lg [( (Bảng II.15/381- [1]) )0,9 + ] = 8,03 ⇒ λ2 = 0,0155 Trở lực đường ống: ∆Pm2 = = = 96,268 (N/m2) - Trở lực đường ống từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon: Chọn chiều dài đoạn ống l3 = 1,3 (m) Lưu lượng không khí đoạn ống chính lưu lượng không khí sau khỏi phòng sấy: = 5,63 (m3/s) Vận tốc dòng khí ống: = = = 58,64 (m/s) Chuẩn số Reynolds: Re = Trong đó: : độ nhớt động không khí sau máy sấy, t = 330C, = 16,4110-6 (m2/s) = 1,25 Suy ra: Re = Vì Re > 4000 nên không khí ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, hệ số ma sát: = -2lg [( )0,9 + ] = 8,0645 ⇒ λ3 = 0,0154 Trở lực đường ống từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon: ∆Pm3 = = = 112,823 (N/m2) - Trở lực từ cyclon đến goc khuỷu Chọn chiều dài ống dẫn là: l4=0,8 (m) Do lưu lượng khí khỏi cyclon lưu lượng khí khỏi thùng nên = λ3 = λ4 = 0,0154 = = 1,149 (kg/m3) ∆Pm4 = = = 69,54 (N/m2) - Trở lực đường ống từ góc khuỷu đến quạt hút: Chọn chiều dài ống dẫn l5 : 1,1(m) Lưu lượng không khí sau khỏi cyclon lưu lượng không khí khỏi thùng sấy = λ3 = λ5 = 0,0154 = = 1,149 (kg/m3) ∆Pm5 = = = 96,61 (N/m2) - Trở lực ma sát thùng sấy Lưu lượng thể tích trung bình thùng sấy: Vtb = = = 5,8222 (m3/s) Vận tốc không khí thùng: = = = 60,65 (m/s) Ở nhiệt độ trung bình thùng sấy 44 0C, = 1,1283 kg/m3, = 17,435.10-6 (m2/s) Chuẩn số Reynolds: Re = = = 1,22.106 Vì Re > 4000 nên không khí ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, hệ số ma sát: = -2lg [( )0,9 + ] = 8,036 ⇒ λ6 = 0,0155 ∆Pm6 = = = 523,835 (N/m2) Vậy tổng trở lực ma sát = 144+98,74+92,825+112,823+69,54+96,61+523,835 = 1039,633(N/m2) b, Tính tổng trợ lực cục - Trở lực cục đột mở từ đường ống đến calorifer Diện tích mặt cắt ngang đường ống: Diện tích mặt cắt ngang calorifer: = 2,1022,4 = 5,0448 (m2) Tỷ số = = 0,019 mà ta có dtd = Trong đó: : chu vi mặt cắt ngang đường ống = = = 1,099 (m) ⇒ dtd = = 0,349 (m) Re = = = 12,79105 Vì Re >103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N 011/T387- [1]: Hệ số trở lực 0,9639 Trở lực cục bộ: = = = 1848,64 (N/m2) - Trở lực cục đột thu từ calorifer vào đường ống Tỷ số = = 0,019 Re = = = 1,182106 > 3,5103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N013/T388- [1]: Hệ số trở lực 0,497 = = = 1077,216 (N/m2) - Trở lực cục đột mở từ đường ống vào thùng tiếp liệu Chọn chiều rộng thùng tiếp liệu: 1,5(m) Chiều cao thùng tiếp liệu: 2,3 (m) Diện tích mặt cắt ngang thùng tiếp liệu: Ftl = 1,52,3 = 3,45 (m2) = = 0,0278 Re = = = 1,182106 > 3,5103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N011/T387- [1]: Hệ số trở lực 0,947 = = = 2052,56 (N/m2) - Trở lực cục đột thu từ thùng chứa sản phẩm ống dẫn: Chọn chiều cao thùng chứa sản phẩm: 2,3(m) Chiều rộng là: 1,5 (m) Diện tích mặt cắt ngang thùng chứa sản phẩm: Fsp = 2,31,5 =3,45 (m2) = = 0,0278 Re = = = 1,25106 > 3,5103 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N013/T388- [1]: Hệ số trở lực 0,494 = = = 975,9 (N/m2) - Trở lực cục đoạn ống cong Chọn đoạn ống cong có kích thước sau: a = 0,35m b = 0,35m R = 0,5m = 900 ⇒ A = 1,0 (bảng N024/T393- [1]) Đường kính tương đương đoạn ống cong là: dtd = = 0,35 (m) Tỷ số: = = 1,43 ⇒ B = 0,1614 Tỷ số a/b = ⇒ C=1 (Bảng N025/T393 - [1]) (Bảng N025/T393 - [1]) Hệ số trở lực: Trở lực cục đoạn ống cong: =( + ) = 0,1614( + ) = 628,39 (N/m2) - Trở lực cục cyclon Gọi Pcyclon trở lực cyclon thì: 540 < < 750 (trang 522 – [1]) = 1,149 khối lượng riêng không khí 330C ta chọn = 740 ⇒Pcyclon = 7401,149 = 850,26 (N/m2) Tổng trở lực cục bộ: Pcb = + + + + + Pcyclon = 1848,64+1077,216+2052,56+975,9+628,39+850,26 = 7432,966 (N/m2) c, Tính trở lực thùng quay Cho phép lấy ∆Ps = 20 ÷ Chọn s = 0,25 30% ∆Pcb cb = 0,257432,966 =1858,2415(N/m2) d, Trở lực calorife Nhiệt độ trung bình không khí nóng calorifer ttb = = 440C Tại nhiệt độ tra bảng I.255/318 – [1] ta = 1,105 (kg/m3) λ = 2,78710-2 (W/m.độ) v = 17,6210-6 (m2/s) Vận tốc không khí calorife = = = 1,16 (m/s) Với F = BxHx = 2,1022,4= 5,0448(m2) Chuẩn số Re Re = = = 0,023106 >104: chuyển động theo chế độ xoáy Do ống xắp theo kiểu hành lang nên s ξ = (6 + 9m)( ) −0,23 ( Re ) −0,26 d (CT II.72/T404- [1]) m: số dãy chùm theo phương chuyển động m = 25 d đường kính ống d = Dng = 0,018m s khoảng cách ống theo phương cắt ngang dòng chuyển động (theo chiều rộng dòng) s = + h+ d = 0,0180,5 + 0,0036 + 0,03 = 0,0426 (m) Thay số vào ta tính ξ = 15,65 ⇒Pcal = ξ = = 11,568 (N/m2) e, Trở lực quạt đẩy Pqd = = = 1917,88 (N/m2) f, Trở lực quạt hút Pqh = = =1975,5 (N/m2) Vậy trở lực tổng cộng ∆P = ∆Pm + ∆Pcb + ∆Pqd + ∆Pqh + ∆Pcal+ ∆Ps = 1039,633+7432,966+197,88+1975,5+11,568+1892,626 (N/m2) = 12550,173 3.5.3.2 Tính công suất quạt chọn quạt a, Quạt đẩy đặt trước calorife Lưu lượng không khí đẩy vào Qd = Lv25 = 23296,680,8982 = 20925,078(m3/h) = 5,8125 (m3/s) Áp suất làm việc toàn phần H = Hp (CT II238a/463 – [1]) Trong đó: Hp trở lực tính toán hệ thống Hp = = 6275,0865 (N/m2) t0: nhiệt độ làm việc khí, t = 25 0C B: áp suất chỗ đặt quạt, B = 745 (mmHg) : khối lượng riêng khí điều kiện chuẩn = 1,2 (kg/m3) : khối lượng riêng không khí điều kiện làm việc = 1,185 (kg/m3) Thay số vào ta tính H = 6429,29 (N/m2) Dựa vào áp suất, suất làm việc mà quạt cần theo đồ thị đặc tuyến quạt II.4-68N08 (Theo Hình II.69/498 - [1]) ta có hiệu suất làm việc quạt khoảng ηq=0,65=65% Công suất trục động điên N= (CT II239a/463 – [1]) Trong đó: : suất, = 5,8125 (m3/s) : hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến, = 0,65 : hiệu suất truyền động trục, trục quạt nối trực tiếp với trục động khớp trục nên = 0,98 Thay số vào ta có N = = 681,32 kW Công suất thiết lập với động Ndc = Nk3 chọn k3 = 1,1: hệ số dự trữ (bảng II.48/464 – [1]) Thay số vào ta có: Ndc = 681,321,1 = 749,452 (Kw) b, Quạt hút khí thải cyclon Không khí đưa vào cyclon có nhiệt độ 330C, có thể tích riêng v = 0,87 m3/kg Lưu lượng quạt là: Qh = Lv33 = 23296,680,87 = 20268,11 (m3/h) = 5,63 (m3/s) Áp suất làm việc toàn phần: H = Hp (CT II238a/463 – [1]) Trong đó: Hp trở lực tính toán hệ thống Hp = = 6275,0865 (N/m2) t0: nhiệt độ làm việc khí, t = 33 0C B: áp suất chỗ đặt quạt, B = 745 (mmHg) : khối lượng riêng khí điều kiện chuẩn = 1,2 (kg/m3) : khối lượng riêng không khí điều kiện làm việc = 1,149 (kg/m3) Thay số vào ta tính H = 6401,32 (N/m2) Dựa vào áp suất, suất làm việc mà quạt cần theo đồ thị đặc tuyến quạt II.4-68N08 (Theo Hình II.69/498 - [1]) ta có hiệu suất làm việc quạt khoảng ηq=0,67=67% Công suất trục động điên N= (CT II239a/463 – [1]) Trong đó: : suất, = 5,63 (m3/s) : hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến, = 0,67 : hiệu suất truyền động trục, trục quạt nối trực tiếp với trục động khớp trục nên = 0,98 Thay số vào ta có N = = 618,049 (kW) Công suất thiết lập với động Ndc = Nk3 chọn k3 = 1,1: hệ số dự trữ (bảng II.48/464 – [1]) Thay số vào ta có: Ndc = 618,0491,1 = 679,85 (Kw) Chương 4: Kết luận Sau thời gian làm đồ án, nhờ giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Cao Cường, em thiết kế hệ thống sấy thùng quay đậu xanh nguyên hạt với suất 1500kg/h Sau hoàn thành xong đồ án giúp em hiểu sâu kỹ thuật sấy, nguyên tắc hoạt động, tính toán thiết kế hệ thống sấy cách tra cứu sổ tay, tài liệu, mục đích tầm quan trọng thiết bị sấy thùng quay quy trình sản xuất chế biến thực phẩm Vì đồ án môn học mà em tiếp xúc, phần tài liệu tham khảo hạn chế kiến thức hạn hẹp Hơn công thức mang tính tương đối, nhiều hệ số tự chọn trình thực không thể tránh sai sót Đồng thời, số liệu phương pháp tính toán dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác dẫn đến việc không đồng tính toán sai số kết quả sau cùng Mặc dù hệ thống sấy thùng quay sử dụng phổ biến công nghiệp thực phẩm chúng em chưa nghiên cứu quan sát cách tỉ mỉ thực tế nên đa phần tính toán thiên lý thuyết, đôi chỗ chưa hợp lý không khoa học Vậy nên chúng em mong thầy cô nhận xét hướng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đồ án môn học Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn Ths.Nguyễn Cao Cường tận tình hướng dẫn em trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS-TS Nguyễn Bin cộng sự, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập 1”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2005 [2] GS-TS Nguyễn Bin cộng sự, “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập 2”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2005 [3] PGS-TSKH Trần Văn Phú, “Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, 2001 [4] PGS – TSKH Hoàng Văn Chước, “Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, 2006 [...]... nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 11% được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khí nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài Chương 3: Tính toán công nghệ -thiết bị Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản sau: Năng suất sấy: 1500kg/h Nhiệt... phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao thì lớp bề mặt của hạt bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, thường thì nhiệt độ không khí sấy từ 40-550C Do đó chọn điểm B: =exp(12-=... 6.Xyclon 7.Quạt hút 4.Thùng sấy 2.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 22% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân sấy, với độ chứa đầy 18% Thùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng 6 0 so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chạy Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng,... trung bình của hạt) chọn đường kính của đậu xanh là d = 4mm ta được: M = 0,83 M’ = 0,8310-2 Vậy thời gian sấy bằng: = ( -3) =( - 3) = 0,9237(h) = 55,42(phút) 3.3.2 Thể tích của thùng sấy V= (CT10.3/208- [3]) Trong đó: V:thể tích khối thùng sấy (m3) G1: khối lượng vật liệu vào máy sấy (kg/h) :thời gian sấy (h) : hệ số chứa đầy, = 0,2 – 0,3 chọn = 0,25 : khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3) =... kính và chiều dài thùng sấy Quan hệ giữa chiều dài và đường kính L/D bằng: = 3,5 7 (CT 10.1/207 – [3]) Chọn = 5 hay L = 5D Khi đó đường kính thùng sấy được xác định: V = = D = = 1,14 (m) nên chiều dài thùng sấy: L =1,145 = 5,7 (m) 3.3.4 Số vòng quay của thùng sấy (n) Số vòng quay của thùng sấy được tính theo công thức: n= (CT VII.52/122 – [2]) Trong đó: :góc nghiêng của thùng quay thường góc nghiêng... nhiệt trở của máy sấy là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt của phòng sấy = k( +) Với là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/m2độ) là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên(W/m2độ) :hệ số điều chỉnh tính Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy: ttb = = 0,5(55+33) = 440C Tiết diện tự do của thùng sấy: Ftd = (1-) =... nhân khí nóng Trong quá trình sấy, không khí nóng chuyển động với vận tốc lớn nên một phần đậu xanh sẽ theo không khí ra ngoài Để thu hồi khí thải và đậu xanh người ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon để tách nhiều hơn 3.5.2.2 Tính toán - Ở nhiệt độ 330C thể tích riêng của không khí là = = = 0,87 (m3/kg) - Lưu lượng không khí ra khỏi phòng sấy (vào cyclon) V2 = LV33 = 23296,680,87... 0,8994 (m3/kgkk) 3.1.3 Tính toán không khí đưa vào calorife và đốt nóng đẵng ẩm Không khí được quạt đưa vào calorife và được đốt nóng đẵng ẩm (x 1=x0) đến trạng thái B (x1, t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ qui định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải... các cánh nâng dọc theo đường sin của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu đi vào thùng sấy Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng... vật liệu sấy Trong quá trình sấy xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu Lượng vật liệu khô tuyệt đối qua máy sấy là: Gk = G2 = G1 = 1500 = 1170 (kg/h) Lượng ẩm tách khỏi vật liệu sấy: W= G2 = 1500 = 212 (kg/h) Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy: G1= G2 + W = 1500 + 212 = 1712 (kg/h) 3.2.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy Vì tính theo lý thuyết sấy nên coi không khí khô đi qua máy sấy không