Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI

Header Page of 113 Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI SV TỐNG THỊ HƯƠNG GVHD TRỊNH VĂN DỦNG Footer Page of 113 Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng MỤC LỤC MỞ ĐẦU THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thông số sử dụng tính tốn Tính cân vật chất Thời gian sấy HẦM SẤY: I Băng tải II Kích thước hầm 10 III Động băng tải 11 CÂN BẰNG NHIỆT 14 I Sấy lí thuyết 14 II Tổn hao nhiệt 15 III Sấy thực 23 THIẾT BỊ PHỤ 27 I Calorifer 27 II Cyclon 32 III Quạt 33 IV Gầu tải nhập liệu 36 TÍNH KINH TẾ 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng MỞ ĐẦU Trà thức uống có tính giải khát phổ thông nhân dân đặc biệt nhân dân vùng châu Á Trà có tác dụng giải khát mà có tác dụng chữa bệnh trà có dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khối, tỉnh táo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hố… Trà sản phẩm chế biến từ trà non & búp trà (đọt trà) trà Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong sấy công đoạn quan trọng Mục đích sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình trình lên men nhằm giữ lại tối đa chất có giá trị trà giúp hình thành hương vị, màu sắc trà Làm giảm hàm ẩm trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước phân loại Trong thời gian sấy khô, tràbị biến đổi tính chất vật lí tính chất hóa học:  Tổng hàm lượng chất hồ tan giảm so với chè xong  Hàm lượng cafein giảm Đó bay phần thăng hoa hợp chất sấy khô Sự biến đổi Nitơ hòa tan Cafein sấy: Giai đoạn chế biến Nitơ hòa tan,mg Cafein, mg Nitơ amonic, mg Lá trà lên men 21,63 2,89 1,19 Bán thành phẩm 20,05 2,60 0,67  Nhóm chất hydratcacbon có biến đổi sau: Giảm hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% trà đen bán thành phẩm) Lượng protein giảm thời gian sấy Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước sấy lại 1,81 g/kg sau sấy Trong sấy trà cần ý:  Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy nhỏ gây tình trạng ứ đọng ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt  Nhiệt độ sấy cao & không khí thổi vào lớn làm cho trà bị cháy vụn, nhiệt độ cao làm giảm hương thơm mạnh Nhiệt độ cao gây tượng tạo bề mặt trà lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên ngồi, kết không tiêu diệt men triệt để & trà chứa nhiều ẩm bên làm cho chất lượng trà nhanh chóng xuống cấp thời gian bảo quản Các phương pháp sấy: - sấy thường - sấy có bổ sung nhiệt - sấy có đốt nóng chừng - sấy tuần hồn khí thải Trong đồ án ta chọn phương thức sấy thường không yêu cầu phải giảm nhiệt độ tác nhân sấy Mặt khác dùng phương pháp khác phức tạp kết cấu thiết bị dẫn đến không hiệu mặt kinh tế Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng Thiết bị sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thổi khí… Ta chọn hầm sấy với thiết bị vận chuyển băng tải phương án có ưu điểm sau:  Khi qua tầng băng tải vật liệu đảo trộn & xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy  Có thể đốt nóng chừng, điều khiển dòng khí  Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi trà  Hoạt động liên tục  Có thể thực sấy chiều, chéo chiều hay ngược chiều Bên cạnh ưu điểm phương án có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức tạp THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Ngay qúa trình lên men kết thúc, tức tiêu chất lượng đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men enzym Muốn công nghệ chế biến trà người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích vừa để làm khô trà, đồng thời tạo chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hồn thiện chất lượng sản phẩm Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm bồn chứa gầu tải đưa vào phận nhập liệu Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động giúp trà đưa vào máy sấy liên tục không bị nghẽn lại đầu băng tải Sau tay gạt điều chỉnh độ dày chè vào hầm sấy Khi vào hầm sấy chè chuyển động với băng tải đến cuối băng tải thứ chè đổ xuống băng tải thứ hai Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng chuyển động theo chiều ngược lại băng tải cuối theo máng tháo liệu ngồi Sau sấy chè có độ ẩm 5% Tác nhân sấy(TNS): không khí nhiệt độ 25oC vào quạt đẩy qua caloriphe gia nhiệt đến 100oC, không khí nóng theo đường ống vào hầm sấy Trong hầm không khí qua băng tải Sau không khí quạt hút cuối hầm sấy hút ngồi Một phần chè bị lôi TNS thu hồi cyclon Sở dĩ ta chọn nhiệt độ đầu TNS t2 = 40oC nhiệt độ vừa thích hợp tránh bị tổn hao nhiệt đảm bảo mặt sản phẩm không bị đọng sương Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng PHẦN TÍNH TỐN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thông số sử dụng tính tốn:  Vật liệu sấy: Năng suất G2= 200 kg/h Độ ẩm đầu theo vật liệu ướt W1=60% Độ ẩm đầu theo vật liệu khô 1 = W1 60 = = 150% 100  W1 100  60 Độ ẩm cuối vật liệu ướt W2 = 5% Tương tự : = 5,26% 100  Khối lượng riêng vật liệu khô 0 = 24 kg/m3 (suy từ T45[2]) Nhiệt dung riêng vật liệu khô cvlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn nhiệt dung riêng thực phẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1])  Tác nhân sấy: không khí nóng với thông số tra chọn sau: Không khí vào caloriphe t0 = 25oC, o = 85% Không khí vào hầm sấy t1 = 100oC Không khí khỏi hầm sấy t2 = 40oC Độ ẩm cuối theo vật liệu khô: 2 = CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN CỦA KHÔNG KHÍ: I ( kJ/ kgkk) I B t1 I1 = I C0 t A t0 d0= d1 d2 d ( kg aå m/ kgkk) Không khí trước vào caloriphe (điểm A): Chọn nhiệt độ không khí trước vào caloriphe: to=25oC Đây nhiệt độ thấp năm Tp HCM Chọn đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường quanh năm Chọn độ ẩm không khí trước vào caloriphe: o= 85% Aùp suất bão hòa: 4026,42 Pb  exp(12  ) ,bar (2.31[1]) 235,5  t Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng Pbo  exp(12  4026,42 ) = 0,0315 bar 235,5  25 Pb (2.18[1]) B  Pb Trong B áp suất khí trời nơi định độ ẩm, lấy B= atm lấy B=1,013bar 0.85  0,0315 d o  0,621 = 0,0167 kg ẩm/kg kk khô 1,013  0.85  0,0315 Hàm ẩm: d  0,621 enthalpy Io: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) Io= 1,004x25 + 0,0167(2500 + 1,842x25) = 67,613 kJ/kg kk khô do= 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô Io = 67,613 kJ/kg kk khô Không khí sau qua caloriphe (điểm B): Chọn nhiệt độ không khí sau caloriphe là: t1= 100oC Hàm ẩm d1= = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô 4026,42 ) Aùp suất bão hồ: Pb  exp(12  235,5  t 4026,42 Pb1  exp(12  ) = 0,9987 bar 235,5  100 Độ ẩm không khí: Bd  Pb (0,621  d )  0,0167 1  = 0,0266=2,66% 0,9987(0,621  0,0167) Enthalpy I1: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) I1=1,004x100 + 0,0167(2500 + 1,842x100) =145,226 kJ/kg kk khô (2.19[1]) (2.25[1]) Vậy:d1=do = 0,0167kg ẩm/kg kk khô I1 = 145,226 kJ/kg kk khô 1 = 2,66% Không khí khỏi hầm sấy (điểm Co): Nhiệt độ không khí khỏi hầm sấy: t2 = 40oC Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khô Aùp suất bão hòa: 4026,42 Pb  exp(12  ) ,bar 235,5  t Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: (2.31[1]) Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng Pb  exp(12  4026,42 ) = 0,0732 bar 235,5  40 Hàm ẩm d20 : (2.26[1]) d 20  I  1,004t 2500  1,842t 145,226  1,004  40 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô 2500  1,842  40 Độ ẩm không khí: (2.19[1])  0,0408  20  = 85,32% 0,0732(0,621  0,0408) vậy:d2 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô I2 = I1 = 145,226 kJ/kg kk khô 20 = 85,32% d 20  BẢNG 1: Trạng thái toC % d, kgẩm/kgkkkhô I, kJ/kgkkkhô , m3/kg Điểm A (0) 25 85 0,0167 67,613 0,8865 Điểm B (1) 100 2,68 0,0408 145,26 1,1124 Điểm C (2) 40 85,32 0,0408 145,226 0,966 : thể tích riêng không khí tra bảng Phụ lục tài liệu [1] II CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Giả thiết trình sấy tổn thất vật liệu sấy: G1(1 – W1) = G2 (1 – W2)  W2  0,05 Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bị: G1 = G2 = 200 = 475 (kg/h)  0,60  W1 Lượng ẩm bốc hơi: W= G2 – G1 = 475 – 200 = 275 kg/h Cân ẩm: W = L(d2 – d1) = L (d2 – d0) Lượng không khí khô cần để bốc kg ẩm vật liệu: L l= = = = 41,494 kg kk khô/kg ẩm W 0,0408  0,0167 d2  d0 Lượng không khí khô cần: Lo= lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h THỜI GIAN SẤY Theo tài liệu “ Kĩ thuật chế biến chè” I.A.Khotrolava (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dịch) Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page ofTK 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng Độ ẩm đầu, % U’(vl ướt) U (vl khô) 63,5 173,97 14,3 16,69 63,5 173,97 Độ ẩm cuối, % U’ U 20,1 25,16 5,72 6,07 5,72 6,07 Thời gian sấy, h 0,32 0,25 0,52 Gọi Uth: độ ẩm tới hạn, U*: độ ẩm cân Thay vào phương trình thời gian sấy: U o  U th U th  U * U th  U * =  ln N N U2 U * Ta được: 173,97  U th U th  U * U U * 0,32 =  ln th N N 25,16  U * 16,69  U th U th  U * U th  U * 0,25 =  ln N N 6,07  U * 173,97  U th U th  U * U th  U * 0,52 =  ln N N 6,07  U * Giải hệ phương trình ta được: Uth = 79,57% U* = 0,38% N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khôxh) Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ Uo= 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy đề tài) tốn khoảng thời gian là: 150  U th U th  U * U th  U * =  ln N N 5, 26  U * 150  79,57 79,57  0,38 79,57  0,38  ln = 582,52 582,52 5,26  0,38 = 0,4997 h = 29,98 ph  30 ph = 0,5h thời gian sấy 30 phút Footer Page ofTống 113.Thị Hương SVTH: Header Page 10 TK of 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng TÍNH KÍCH THƯớC THIếT Bị SấY I BĂNG TẢI: Số lượng băng tải:  Khối lượng riêng chè có W1= 60%: W1  W1   1  n o khối lượng riêng nước :n = 998 kg/m3 khối lượng riêng chè khô:o = 24 kg/m3 thay vào công thức ta được: 0,6  0,6   1 998 24  1 = 57,91 kg/m3  Thể tích vật liệu chứa thiết bị: G V= V1 =  (6.28[2]) 1 V1, G1, 1: thể tích, khối lượng khối lượng riêng vật liệu vào thiết bị:  : thời gian sấy G 475  V1= = = 8,202 m3/h 1 57,91  Năng suất thiết bị sấy băng tải: BLb V1 = (6.29[2])  : chiều dày lớp vật liệu băng tải, m  = 0,03m B: chiều rộng băng, m Lb: chiều dài băng tải, m Chọn B = m Thay số vào phương trình ta được: V 8,202  0,5 Lb = = = 68,35  69 m B 0,03   Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn Số tầng băng tải chọn i = 69 Chiều dài băng tải là: lb = = 23 m Tính lăn đỡ băng:  Khoảng cách lăn nhánh có tải: lt = A – 0,625B (5.8[2]) A: số phụ thuộc khối lượng riêng vật liệu  = 57,91< 1000 kg/m3  A= 1750mm Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x = 0,45 m  Khoảng cách hai lăn nhánh không tải: lo = 2lt = x 0,45 = 0,9 m Footer Page 10 of 113 SVTH: Tống Thị Hương 10 Header Page 27 TK of 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ I CALORIFER: tính tốn theo tài liệu [6] Sử dụng calorifer khí để gia nhiệt không khí:  Hơi bão hòa ống  Không khí ngồi ống  Các thông số vật lí bão hòa tra T318[4] to = 120oC p = 2,025at r=2207kJ/kg: ẩn nhiệt hóa Tính tốn nhiệt calorifer:  Công suất nhiệt calorifer: Q= qW = 3470,759 x275 = 954458,725 kJ/h = 265,127 kW  Lượng cần thiết để gia nhiệt không khí: Giả sử hiệu suất calorifer 95% Q 954458,725 GH    455,230 kg/h r  0,95 2207  0,95  Sử dụng ống chùm có cánh (ống làm thép CT10) d2: đường kính ngồi, d1: đường kính d 30 chọn ống = d1 26 chiều dài ống: l=1m đường kính cánh dc= 38mm chiều dày cánh c= 0,5mm bước ống s1= s2 = 44mm khoảng cách cánh t= 3mm ống thép có hệ số dẫn nhiệt =45W/m2 K, cánh đồng c=110W/m2 K - Hình 1: Các kích thước cánh tròn dc h Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: - c t Hiệu số nhiệt độ dòng lưu chất đầu vào calorifer: s1 Footer Page 27 of 113 SVTH: Tống Thị Hương s2 d2 s1 27 Header Page 28 TK of 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng Fcl Fol F1l F2l Fcl : diện tích phần cánh ống Fol : diện tích phần không cánh ống F2l : diện tích ngồi ống có cánh (phía không khí) F1l : diện tích ống có cánh (phía nước ngưng tụ)  Hình 2: Các diện tích bề mặt ống có  cánh     Fo1  Số cánh ống với sc = t+ c = 3+ 0,5 = 3,5mm l nc = = = 286 cánh sc 0,0035 Chiều cao cánh: d d 38  30 h= c = = mm 2 Diện tích cánh (bỏ qua phần đỉnh cánh) d 2c d 22 l Fc  2(  )n c 4 0,038 0.03 = 2(  )286 = 0,244 m2 4 Diện tích khoảng cách cánh:  d2tnc = x0,03x0,003x286 = 0,081 m2 Đường kính tương đương ống: (2-127[6]) 1 c F d2  F dE  Fc 2n c 0,081  0,03  0,244 =   (2-126[6]) F01  Fc1 0,244  286 = 0,0179 m 0,081  0,244 Chọn vận tốc khí vào calorifer  = 3,5 m/s Tốc độ không khí khe hẹp: Footer Page 28 of 113 SVTH: Tống Thị Hương 28 Header Page 29 TK of 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng 3,5 = 11,98 m/s d 2 h c 0,03  0,004  0,0005  ) 1 (  ) 1 ( 0,044 0,044  0,0035 s1 s1sc Nhiệt độ trung bình không khí calorifer: 25  100 tf   62,5oC Các thông số khí: Độ nhớt không khí =19,23.10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt  = 0,0292 W/m2độ Tiêu chuẩn Re không khí:  d Ref = max E  11,98  0,0179 = = 11151,43 19,23.10  Oáng xếp sole, ta có:  max =     Nuf = 0,251 Re = 0,67  s1  d2   d    = 0,251(11151,43) 0 , s  d2    1  t  0,67  44  30    30   0 , (2-129[6]) (2-125a[6]) 0 ,  44  30    1   (2-125[6]) 0 , = 106,39 Hệ số toả nhiệt cánh: Nu f  106,39  0,0292 c  = = 173,552 W/m2độ 0,0179 dE  Hệ số toả nhiệt tương đương phía ống có cánh: F1    c c1 ( c  ) F2  đó: (2-118[6]) F21  Fc1  Fo1 = 0,244+0,081 = 0,325 m2 F01 0,081 = = 0,332 Fc1 0,224 c : hiệu suất cánh   2 c  173,552 = 79,44   c c 110  0,0005 (2-121[6]) h = 79,44x0,004 = 0,350 m (1) d c 38   1,27 (2) d 30 từ (1) (2) tra đồ thị 2.31 T109[6] ta có: c =0,95 0,244    173,552  (0,95  0,332)  167,04 W/m2độ 0,325 Footer Page 29 of 113 SVTH: Tống Thị Hương 29 Header Page 30 TK of 113 ĐAMH Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trịnh Văn Dũng  Hiệu suất truyền nhiệt: d 30 Ơû đây:   1,15