đồ án sấy cà phê với dung tích 2350 kg mẻ

Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Đề Tài Nhóm 3: Thiết kế hệ thống sấy cà phê nhân suất (750+n*50) kg/mẻ với n=32.=> G2=2350 kg/mẻ CHƯƠNG 1: NGHIÊN CƯÚ TÍNH CHẤT CỦA CÀ PHÊ NHÂN 1.1 Đặc tính chung cà phê: 1.1.1 Cấu tạo giải phẫu cà phê 1.1.2 Cấu tạo nhân cà phê 1.1.3 Thành phần hóa học nhân cà phê 1.1.4 Tính chất vật lý cà phê nhân 1.2 Quy trình sản xuất cà phê: 1.2.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất cà phê 1.2.2 Dây chuyền sản suất cà phê nhân (phương pháp khô) CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY 2.1 Chọn phương pháp sấy 2.1.1 Chọn thiết bị sấy 2.1.2 Giới thiệu phương pháp sấy đối lưu 2.1.3 Chọn tác nhân sấy chế độ sấy 2.1.4 Chọn thời gian sấy 2.2 Tính tốn q trình sấy lý thuyết: 2.2.1 Tính tốn trạng thái khơng khí bên ngồi 2.2.2 Tính tốn trạng thái khơng khí vào thùng sấy 2.2.3 Xác định nhiệt độ TNS khỏi thùng sấy t2 2.2.4 Tính tốn lượng tiêu hao TNS 2.2.5 Tính tốn lượng nhiệt cung cấp cho trình sấy lý thuyết 2.3 Xác định kích thước thùng sấy 2.3.1 Lượng ẩm bốc q trình sấy 2.3.2 Nguyễn Văn Khoa Tính kích thước thùng sấy (V, D, L) Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY 3.1 Mục đích tính tốn nhiệt 3.2 Tính tổn thất nhiệt: 3.2.1 Tổn thất vật liệu sấy mang 3.2.2 Tổn thất mơi trường 3.3 Tính tốn q trình sấy thực tế: 3.3.1 Tính giá trị tổng tổn thất 3.3.2 Xác định thơng số TNS sau q trình sấy thực 3.3.3 Lượng TNS thực tế 3.3.4 Lưu lượng thể tích trung bình q trình sấy thực 3.3.5 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ sấy 3.3.6 Lập bảng cân nhiệt CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 Tính chọn calorife lò 4.2 Tính trở lực chọn quạt gió 4.2.1 Tính trở lực 4.2.2 Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay 4.3 Chọn xyclon lọc sản phẩm Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 Viện trường đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm 70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt chất lượng cao Đặc biệt sấy cà phê nhân, thành phẩm để chế biến cà phê bột, cà phê sữa, loại bánh cao cấp.v…v Do đặc thù cà phê nhân sấy phải giữ mùi thơm màu sắc đặc trưng nên ta dùng thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v.v… Trong đồ án em có nhiệm vụ sấy cà phê nhân thiết bị sấy thùng quay với suất 2350 kg khô/mẻ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình GV.Th.S Nguyễn Đức Nam để em hồn thành tốt đồ án Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Chương 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY 1.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA QUẢ CÀ PHÊ 1.1.1 Cấu tạo giải phẫu cà phê: Quả cà phê gồm có phần sau : lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân + Lớp vỏ : lớp vỏ ngoài, mềm, bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè (arabica) mềm cà phê vối (canephora) cà phê mít (excelsa) + Dưới lớp vỏ mỏng lớp vỏ thịt, gọi trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát Vỏ cà phê mít cứng dày + Hạt cà phê sau loại chất nhờn phôi khô gọi cà phê thóc, bao bọc nhân lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi vỏ “trấu” tức nội bì Vỏ trấu cà phê chè mỏng dễ dập vỡ cà phê vối cà phê mít + Xát cà phê thóc lớp vỏ mỏng, mềm gọi vỏ lụa, chúng có màu sắc đặc tính khác tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc mỏng dễ bong khỏi hạt q trình chế biến Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê + Trong nhân cà phê Lớp tế bào phần nhân cứng có tế bào nhỏ, có chứa chất dầu Phía có tế bào lớn mềm Một cà phê thường có 1, nhân Thơng thường có nhân Bảng tỷ lệ phần cấu tạo cà phê (tính theo % tươi): Các loại vỏ nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối (%) - Vỏ 43 - 45 41 - 42 - Lớp nhớt 20 - 23 21 - 42 - Vỏ trấu - 7,5 6-8 Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy - Nhân vỏ lụa GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam 26 - 30 26 - 29 1.1.2 Cấu tạo nhân cà phê: Bao gồm: + Phôi + Mô dinh dưỡng 1.1.3 Thành phần hóa học nhân cà phê: Bảng thành phần hóa học nhân cà phê: Thành phần hóa học Tính g/100g - Nước - 12 - Chất dầu - 18 - Đạm 1,8 - 2,5 - Protein - 16 - Cafein (Arabica), (Robusta) - Clorogenic axit - Trigonelline - Tanin - Cafetanic axit 8-9 - Cafeic axit - Pentozan - Tinh bột - 23 - Saccaro - 10 - Xenlulo 10 - 20 - Hemixenlulo 20 - Linhin - Canxi - Photphat - Sắt - Natri Nguyễn Văn Khoa Tính mg/100g 85 - 100 130 - 165 - 10 Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam - Mangan - 45 1.1.4 Tính chất vật lý cà phê nhân: Cà phê nhân bóc từ cà phê thóc Cà phê nhân có hinh dáng bầu dục,có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm - Khối lượng riêng: = 650 kg/m3 - Nhiệt dung riêng: c= 0,37 kcal/kg 0C - 1 = 20 %, 2 = 12 % - Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép cà phê nhân: Trong đó: th nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt thời gian sấy độ ẩm trung bình: % Vậy: 1.2 QUY TRÌNH SẢN SUẤT CÀ PHÊ NHÂN: 1.2.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất cà phê nhân: Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ lớp bao vỏ bọc quanh hạt nhân cà phê để thu cà phê nhân Để cà phê nhân sống có giá trị thương phẩm cao phải sấy khô đến mức độ định (độ ẩm mà nhà chế biến yêu cầu) Rồi sau tiếp tục trình chế biến tinh khiết chế biến cà phê rang, cà phê bột thơ, cà phê hòa tan Hoặc sản phẩm khác có phối chế như: cà phê sữa, loại bánh kẹo cà phê Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có phương pháp : - Phương pháp sản xuất ướt Phương pháp sản xuất khô + Phương pháp sản xuất ướt : gồm giai đoạn chính: Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam - Giai đoạn xát tươi phơi sấy loại bỏ lớp vỏ, thịt chất nhờn bên ngồi phơi sấy khơ đến mức độ định - Giai đoạn xay xát, loại bỏ lớp vỏ trấu phần vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân + Phương pháp sản xuất khô: có giai đoạn sau phơi cà phê đến mức độ định dùng máy xát khô loại bỏ lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc So sánh phương pháp ta thấy: Phương pháp chế biến khơ đơn giản, tốn lượng, nhân cơng phương pháp có nhiều hạn chế phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nó phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng yêu cầu mặt chất lượng Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền cơng nghệ thao tác kỹ thuật cao Nhưng phương pháp thích hợp với hồn cảnh, điều kiện khí hậu thời tiết Đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất, tăng suất nhà máy nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân Hiện nước ta, nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê nhân chủ yếu sử dụng phương pháp khô (phương pháp cổ điển) 1.2.1 Dây chuyền sản suất cà phê nhân (phương pháp khô) Thu nhận bảo quản cà phê Sàng phân loại làm Xát tươi Rửa Làm Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Xát khơ Thu cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY Năng suất thiết bị sấy: G2 = 2350 kg khô/mẻ 2.1 Chọn phương pháp sấy: 2.1.1 Chọn thiết bị sấy: Thiết bị sấy thùng quay thiết bị chuyên dùng để sấy hạt Loại thiết bị dùng rộng rãi công nghệ sau thu hoạch để sấy vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ Trong hệ thống này, vật liệu sấy đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng sản phẩm cao Ngồi ra, thiết bị làm việc với suất lớn 2.1.2 Giới thiệu phương pháp sấy nóng: Để sấy cà phê nhân, dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất tác nhân sấy giảm Mặt khác nhiệt độ vật liệu sấy tăng nên mật độ mao dẫn tăng lên phân áp suất nước bề mặt vật sấy tăng theo Nghĩa có chênh lệch phân áp suất bề mặt vật liệu sấy mơi trường nhờ mà có dịch chuyển ẩm từ lòng vật liệu sấy bề mặt vào mơi trường Có cách để tạo độ chênh lệch phân áp suất nước vật liệu sấy môi trường + Giảm phân áp suất tác nhân sấy cách đốt nóng + Tăng phân áp suất nước vất liệu sấy Ở thiết bị sấy thùng quay giai đoạn trình sấy phân bố ổn định theo chiều dài thùng Trong thùng sấy, hạt cà phê nhân nâng lên đến độ cao định, sau rơi xuống Trong q trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực trình truyền nhiệt truyền khối làm bay ẩm Nhờ độ nghiêng thùng mà vật liệu vận chuyển dọc theo chiều dài thùng Khi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy đạt độ ẩm cần thiết cho trình bảo quản 12% Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Sơ đồ nguyên lý thiết bị: Calorifer (23,3 C,82 %) Quạ t t1 Thùng sấy Thải t2 Lò 2.1.3 Chọn tác nhân sấy sấy chế độ sấy: + Chọn tác nhân sấy: Đối với cà phê nhân (chỉ có lớp lụa bên ngồi) nên q trình sấy u cầu khơng bị nhiễm, bám bụi yêu cầu nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhân sấy khơng khí nóng + Chọn chế độ sấy: Thông thường, chế độ sấy hệ thống sấy thùng quay hiểu bao gồm ba yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy t nhiệt độ khỏi thùng sấy t2, khơng có hồi lưu, hạt cà phê nhân nâng lên đến độ cao định, sau rơi xuống Trong q trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực trình truyền nhiệt truyền khối làm bay ẩm Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng t2 chọn cho tổn thất tác nhân sấy mang nhỏ Tốc độ tác nhân sấy thùng định sơ sau tính tốn lưu lượng tác nhân sấy trình sấy lý thuyết, chọn tiết diện thùng sấy Tốc độ chọn sơ kiểm tra lại sau tính tốn xong q trình sấy thực Chọn chế độ sấy vào tiêu chí, làm việc thiết bị hai vào vật liệu sấy Đối với vật liệu sấy cà phê nhân cần có chế độ sấy thích hợp để đảm bảo giữ tính chất hương vị, màu sắc, thành phần có hạt nên ta chọn thông số tác nhân sấy sau: Thông số tác nhân sấy: + Nhiệt độ vào: t1 = 80 0C + Nhiệt độ ra: t2= th+(5÷10) 0C, với th nhiệt độ đốt nóng cho phép cà phê nhân Nguyễn Văn Khoa Trang 10 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam t ,  sau trình sấy lý thuyết tương ứng, từ 1 =(80oC;5%) ta có v1= 1,045 m3/kgkk, từ  t ,   = (39oC;70%) ta có v = 1,126 m3/kgkk Do đó: - Lưu lượng thể tích TNS trước q trình sấy V1 bằng: V10= v1.Lo= 1,045 2880 = 3009,6 m3/h - Lưu lượng TNS sau trình sấy lý thuyết V20 bằng: V2o= v2.Lo= 1,126 2880 = 3242,88 m3/h - Lưu lượng thể tích trung bình Vtbo bằng: Vtbo= 0,5.(V10+ V20)= 0,5.( 3009,6 + 3242,88)= 3126,24 m3/h Hay: Vtbo= 3126,24/3600= 0,8684 m3/s 2.2.5 Lượng nhiệt cung cấp cho trình sấy lý thuyết: + Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay kg ẩm bão hoà q=l0(I1-I0)=61,275.(119,73- 61,3612)=3576,55 kJ/kgẩm + Lượng nhiệt tiêu tốn cho trình sấy: Q=q.W=3576,55.47=168097,85 (kJ/h) =46,7 kW 2.3 Xác định kích thước thiết bị sấy thùng quay: Các liệu ban đầu + Năng suất thiết bị G2=470 kgkhô/h + Độ ẩm ban đầu vật sấy W1=20% + Độ ẩm cuối vật sấy W2=12% 2.3.1 Lượng ẩm bốc trình sấy: W=G2.=470.= 47 kgẩm/h +Khối lượng vật liệu vào thùng sấy: G1=W+G2=47+ 470= 517 kg/h 2.3.2 Xác định kích thước thùng sấy : + Xác định thể tích thùng sấy: Nguyễn Văn Khoa Trang 15 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Thể tích thùng quay tính theo cơng thức: V  G1    Trong đó: V: Thể tích thùng quay G1: Khối lượng vật liệu vào thùng quay, [kg/h] G1 = 517 kg/h  : Thời gian sấy cho mẻ sấy, [phút] = 5h=300 phút  = (0,20,3) : hệ số điền đầy, chọn  = 0,25 : Khối lượng riêng vật liệu sấy, [kg/m3] Vậy : = 15,91 m3 + Xác định đường kính chiều dài thùng sấy: Chúng ta chọn tỷ số: L/D = 3,5 hay L= 3,5D Khi đường kính thùng sấy xác định đẳng thức: D L 3,5. D 3,5.3,14.D V   4  m Chọn D = 1,8 m Do chiều dài thùng sấy L là: L = 3,5.D= 3,5.1,8 = 6,3 m Nguyễn Văn Khoa Trang 16 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Chương 3: TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY 3.1 Mục đích tính tốn nhiệt: Mục đích tính tốn nhiệt xác định tiêu hao khơng khí dùng cho q trình sấy L, kg/h tiêu hao nhiệt Q, kJ/h Trên sở tính tốn nhiệt xác định kích thước thiết bị Đồng thời qua việc thiết lập cân nhiệt cân lượng hệ thống xác định hiệu suất sử dụng nhiệt hiệu xuất sử dụng lượng hệ thống tiêu hao riêng nhiệt thùng sấy hệ thống 3.2 Tính tổn thất nhiệt: 3.2.1 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang ngoài: Nhiệt dung riêng cà phê khỏi thùng sấy: Cv2 = Cvk.(1-2) + Ca.2 , [kJ/kg.K] Trong đó: Cv2- Là nhiệt dung riêng cà phê khỏi thùng sấy Ca- Là nhiệt dung riêng nước Cvk- Là nhiệt dung riêng cà phê khô Nguyễn Văn Khoa Trang 17 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Ca = 4,18 (kJ/kgK) Cvk = 0,37 (kcal/kg.K)= 1,54912 kJ/kg.K   Cv = 1,54912.(1- 0,12) +4,18.0,12 = 1,8648 kJ/kg.K Khi tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang bằng: Qv = G2.CV2.(t2 - t0) = 470.1,8648.(39- 23,3) = 13760,36 kJ/h qv = = = 292,774 kJ/kg ẩm 3.2.2.Tổn thất nhiệt môi trường: Giả thiết tốc độ tác nhân sấy (TNS) thùng sấy.Cũng hệ thống sấy hầm, để tính tổn thất môi trường phải giả thiết tốc độ TNS w(m/s) Sau tính tốn xong lượng TNS thực kiểm tra lại giả thiết Cơ sở để giả thiết tốc độ TNS thiết bị sấy thực tế tốc độ lý thuyết wo, [m/s] Tốc độ tỉ số lưu lượng thể tích trung bình V tbo tiết diện tự thùng sấy Chúng ta chọn hệ số điền đầy = 0,25, tiết diện tự thùng sấy tính gần bằng: Ftd=(1- ).Fts=== m2 Khi tốc độ TNS lý thuyết wo bằng: wo= m/s Chúng ta giả thiết tốc độ TNS trình sấy thực w= 0,55 m/s Như liệu để tính mật độ dòng nhiệt gồm: - Nhiệt độ dịch thể nóng trường hợp nhiệt độ trung bình TNS vào khỏi thùng sấy: tf1= 0,5.(t1+ t2)= 0,5.(80+ 39)= 59,5 oC - Nhiệt độ dịch thể lạnh Nhiệt độ nhiệt độ mơi trường: tf2= to= 23,3 oC - Thùng sấy làm thép có chiều dày = mm ta có hệ số dẫn nhiệt = 71,58 W/mK Như thùng sấy có đường kính D 2/D1= 1,803/1,8 Do đó, kết cấu thùng sấy thõa mãn quan hệ D 2/D1< nên xem trao đổi nhiệt đối lưu TNS với môi trường qua vách phẳng - Phía thùng sấy trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng với tốc độ tác nhân giả thiết w= 0,5 m/s Khi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng TNS với bề mặt thùng sấy tính theo cơng thức (7.46) (Tr.144- TTTKHTS): Nguyễn Văn Khoa Trang 18 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam = 6,15+4,17.w= 6,15+4,17.0,55= 8,4435 W/m2h.K - Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngồi mặt thùng sấy với khơng khí xung quanh theo kinh nghiệm trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối Do đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tính theo cơng thức (7.50) (Tr.145- TTTKHTS): = 1,715.(tw2- tf2)0,333 Trong đó: tw2 nhiệt độ mặt thùng sấy, nhiệt độ chưa biết - Như mật độ dòng nhiệt phải thõa mãn đẵng thức q1= q2= q3 Trong đó: q1= (tf1- tw1) q2= q3= (tw2- tf2) Ở tw1 nhiệt độ mặt thùng sấy chưa biết Đương nhiên mật độ dòng nhiệt thõa mãn đẵng thức phải thõa mãn phương trình truyền nhiệt: Trong đó: k hệ số truyền nhiệt bằng: Từ q3= (tw2- tf2), ta có q3= 1,715.( tw2- 23,3)1,333 ta có: Ta có k= 5,027 W/m2K Mật độ dòng nhiệt: q= 5,027.(45- 23,3)= 109,085 W/m2 Diện tích bao quanh thùng sấy F Vì tính truyền nhiệt qua thành thùng sấy truyền nhiệt qua vách phẳng, diện tích bao quanh thùng sấy diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình Như diện tích F diện tích ống dẫn ống thải hai đầu thùng sấy, đó: Dtb= 0,5.(D1+D2)= 0,5.(1,8+ 1,803)= 1,8015 m Theo kinh nghiệm ta lấy: Nguyễn Văn Khoa Trang 19 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Do tổn thất nhiệt mơi trường Qmt bằng: Qmt= 3,6.q.F= 3,6.109,085.40,7532= 16004 kJ/h kJ/kg ẩm Trong hệ thống sấy thùng quay, tổng tổn thất nhiệt tổng tổn thất nhiệt VLS mang tổn thất nhiệt tỏa môi trường Tổng tổn thất bằng: Qv+ Qmt= 13760,36+ 16004= 29764,36 kJ/h kJ/kg ẩm 3.3 Tính tốn q trình sấy thực tế: 3.3.1 Tính giá trị tổng tổn thất: 4,1868.23,3- 633,274= - 535,72 kJ/kg ẩm Với tổng đại số tổn thất nhiệt gia nhiệt bổ sung, [kJ/kg ẩm] 3.3.2 Xác định thơng số TNS sau q trình sấy thực: Nếu tính đồ thị I-d đặt đoạn C oEo= Nối BEo cắt đường t2= 39 oC ta điểm C biểu diễn trạng thái TNS sau trình sấy thực Từ C ta xác định entanpi I2, lượng chứa ẩm d2 lượng ẩm tương đối sau trình sấy thực Tất nhiên tính cơng thức giải tích I(kJ/kgkkk) I t I 1 (B) 2(C) l t (A) t 2`(C) f =100 % f0 d=d Nguyễn Văn Khoa d d 2` d (g/kgkkk) Trang 20 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Để tính thơng số TNS sau q trình sấy thực, trước hết ta tính nhiệt dung riêng dẫn xuất TNS trước q trình sấy Cdx(d1) Ta có: = 1,004+ 1,97.0,01495= 1,0335 kJ/kgK Ta có kJ/kg Lượng chứa ẩm d2 TNS sau trình sấy thực bằng: kg ẩm/kgkk 0,02856 kg ẩm/kgkk Entanpi I2 trạng thái tính theo cơng thức: 1,004.39+ 0,02856.2576,83= 112,75 kJ/kg kk Độ ẩm tương đối TNS sau trình sấy thực: 57,97 % 3.3.3 Lượng TNS thực tế: kg kk/kg ẩm L=l.W= 73,48.47= 3453,34 kg kk/h= 0,96 kg kk/s 3.3.4 Lưu lượng thể tích trung bình q trình sấy thực: + Lưu lượng thể tích trạng thái trước trình sấy V1 Trên tích 1kg khói khơ trạng thái t1= 80 oC = 5,00 %, v1= 1,045 m3/kg kk Do đó: V1= v1.L= 1,045.0,96= 1,0024 m3/s + Lưu lượng thể tích trạng thái trước q trình sấy V2 Trên tích 1kg khói khơ trạng thái t2= 39 oC = 70 %, v2= 1,126 m3/kg kk Như vậy: V2= v2.L= 1,126.0,96= 1,081 m3/s + Lưu lượng thể tích trung bình trình sấy thực Vtb: Vtb= 0,5.(V1+ V2)= 0,5.(1,0024+ 1,081)= 1,04168 m3/s Đây hai để chọn quạt 3.3.5 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ TNS: Tốc độ TNS trình sấy thực bằng: Nguyễn Văn Khoa Trang 21 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam m/s Như giả thiết w= 0,55 m/s tính tổn thất hồn tồn xem xác 3.3.6 Thiết lập bảng cân nhiệt: Để thiết lập bảng cân nhiệt ta tính: - Nhiệt lượng tiêu hao q: 73,48.(119,73- 61,3612)= 4288,94 kJ/kg ẩm + Nhiệt lượng có ích q1: 2576,83- 4,1868.23,3= 2479,278 kJ/kg ẩm + Tổn thất nhiệt TNS mang q2: 73,48.1,0335.(39- 23,3)= 1192,28 kJ/kgẩm + Tổng nhiệt lượng có ích tổng tổn thất q’: q’= q1+q2+qv+qmt= 2479,278+ 1192,28+ 292,774+ 340,5= 4304,83 kJ/kgẩm Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ phải Ở nhiều lý do, q trình tính tốn làm tròn số sai số tra đồ thị v.v , mà phạm sai số tuyệt đối bằng: kJ/kg ẩm Hay sai số tương đối bằng: < 10% Sai số tính tốn nhiệt cho phép Bảng cân nhiệt: TT Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm % Nhiệt lượng có ích q1 2479,278 63,46 Tổn thất nhiệt tác nhân sấy q2 1192,28 22,73 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy qv 292,774 7,5 Tổn thất nhiệt môi trường qmt 340,5 1,52 Nguyễn Văn Khoa Trang 22 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Tổng nhiệt lượng tính tốn q’ 4304,83 101 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 4288,94 100 Sai số tương đối  0,37 Qua số liệu cho bảng cân nhiệt thấy tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang tổn thất nhiệt VLS mang đáng kể Tổn thất nhiệt mơi trường bé, bỏ qua Vì chọn nhiệt độ TNS khỏi thùng sấy t đóng vai trò quan trọng Khi thiết kế hệ thống sấy thùng quay cần lưu ý đến vấn đề Hơn nữa, qua việc tính tốn đồ án thấy, nhiệt độ cho phép cà phê nhân t h lớn nhiều so với nhiệt độ kinh tế t Vì vậy, tính tốn HTS cà phê nhân không cần quan tâm đến vấn đề Chương 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 Tính chọn calorifer lò hơi: Ta chọn calorifer khí - Calorifer khí - loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bảo hồ ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động Do hệ số toả nhiệt ngưng N lớn hệ số trao đổi nhiệt đối lưu mặt ngồi ống với khơng khí k theo lý thuyết truyền nhiệt phía khơng khí thường làm cánh (hình chữ nhật) để tăng cường hiệu trao đổi nhiệt Như calorifer khí- kỹ thuật sấy thường loại vách ngăn có cánh Ở nước cơng nghiệp phát triển calorifer khí- sản xuất block theo quy chuẩn Tính tốn calorifer khí- tính tốn bề mặt truyền nhiệt F cần thiết biết lưu lượng nhiệt độ vào khơng khí Nhiệt độ khơng khí vào calorifer t’2 thường lấy nhiệt độ môi trường Nhiệt độ khơng khí t”2 nhiệt độ TNS vào TBS xác định theo yêu cầu công nghệ sấy -Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy Q tính cơng thức: Q = L (I1 - Io) Nguyễn Văn Khoa Trang 23 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Trong đó: L (kg/h): khối lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy thực tế I1 Io : tương ứng entanpy TNS trước sau khỏi calorifer Q= 3453,34.(119,73- 61,3612)= 201567,3118 kJ/h Do nhiệt độ tác nhân sấy không cao nên ta chọn lò có áp suất bảo hồ bar Tra bảng nước nước bảo hồ theo áp suất ta có nhiệt ẩn hố r= 2133 KJ/kg độ Nhiệt độ bảo hòa 143,62 0C Giả sử hiệu suất calorifer là:75% - Lưu lượng cần cung cấp D là: D=126 kg/h Chọn lò có thơng số làm việc: áp suất làm việc bar, suất 500 kg/h - Tiêu hao cho calorifer: D1= = (1- 0,75).126= 31,5 kg/h - Khi bề mặt truyền nhiệt calorifer bằng: Với : K: hệ số truyền nhiệt calorifer ttb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khí : hiệu suất calorifer Trong calorifer khí- hơi, dịch thể nóng nước ngưng tụ có nhiệt độ khơng đổi t’1= t”1= tb= const Ở tb nhiệt độ bão hòa nước  tmax = tb - t2’ = 143,62- 23,3= 120,32 oC  tmin = tb - t2” = 143,62- 39 = 104,62 oC Hệ số truyền nhiệt kF tính theo cơng thức gần calorifer nước sau (Sách tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt): kF= a( )b Với: a = 10,5 14, ta chọn a = 12 Nguyễn Văn Khoa Trang 24 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam b = 0,5 0,7, ta chọn b = 0,6  - tốc độ khơng khí khe hẹp,  = 0,55 m/s -khối lượng riêng khơng khí, = 1,293 kg/m3 kF=12.(0,55.1,293)0,6= 9,78 W/m2K 68 m2 Ta chọn calorifer, diện tích trao đổi nhiệt 17 m2 4.2 Tính trở lực chọn quạt: 4.2.1 Tính trở lực: -Tính tiêu chuẩn Re Đường kính trung bình cà phê nhân lấy d= 0,01m Ở nhiệt độ trung bình TNS t= 59,5 oC lấy gần =18,919.10 -6 m2/s Do đó: Re= - Hệ số thủy động a: - Khối lượng riêng dẫn xuất: kg/m3 - Hệ số Nếu lấy khối lượng riêng cà phê nhân = 650 kg/m3 ta có: Nguyễn Văn Khoa Trang 25 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam - Hệ số C1: - Trở lực qua lớp hạt Như trở lực TNS qua lớp hạt bằng: mmH2O lấy khối lượng riêng TNS khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ 59,5 oC = 1,06165 kg/m3 - Trở lực xyclon calorifer: Theo kinh nghiệm trở lực qua xyclon = 20 mmH2O, trở lực qua calorifer = 3,7 mmH 2O ( w= 0,55 m/s 80 oC = 1,000 m3/kg nên lưu lượng tốc độ khơng khí 0,55 kg/m2.s), trở lực cục tổn thất phụ lấy 5% Tổng trở lực Tổng trở lực phải khắc phục bằng: mmH2O - Giáng áp động Giả sử tốc độ TNS khỏi quạt có tốc độ w= 20 m/s Khi giáng áp động bằng: mmH2O - Cột áp quạt: 30,744+ 21,67= 53 mmH2O 4.2.2 Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay: Để vận chuyển tác nhân sấy hệ thống sấy người ta thường dùng hai loại quạt: quạt ly tâm quạt hướng trục, chọn loại quạt nào, thông số kỹ thuật phụ thuộc vào thông số đặc trưng hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục p, suất ma quạt cần tải V củng nhiệt độ độ ẩm tác nhân sấy chọn quạt giá trị cần xác định hiệu suất quạt Ta chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay quạt ly tâm, có hai nhiệm vụ đẩy hút tác nhân sấy Cấu tạo quạt: Nguyễn Văn Khoa Trang 26 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy A N K G P B E GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam M Căn vào cột áp = 53 mmH2O lưu lượng Vtb= 3748,896 m3/h Ta chọn quạt ly tâm, cột áp quạt 26,5 mmH 2O, lưu lượng quạt 3748,896 m3/h Theo biểu đồ hình 17.12 (Tr.321_KTS) tất quạt từ N 04,5 - N06 thõa mãn suất cột áp yêu cầu Tra biểu đồ chọn quạt ta chọn quạt trung áp No6 A= 6500 Do số vòng quay quạt bằng: 4.3 Chọn xyclon lọc sản phẩm: Trong hệ thống sấy ta dùng xyclon để thu hồi sản phẩm sấy bay theo tác nhân trước thải môi trường Xyclon hoạt động theo nguyên lý ly tâm Diện tích tiết diện ống xyclon nên lấy (3- 4) lần tiết diện kênh dẫn Tốc độ TNS kênh dẫn khơng nên vượt q (20- 25) m/s Thể tích xyclon tính theo lưu lượng TNS nên lấy xấp xỉ 0,6 m cho m3 TNS đưa vào Tùy theo TNS để bố trí hay nhiều xyclon Cấu tạo xyclon kích thước bản: D: đường kính xyclon D1: đường kính ống trung tâm d: đường kính phần bé phễu h1: chiều dài phần ống trung tâm cắm vào xyclon h2: chiều cao phần hình trụ xyclon h3: chiều cao phễu b: chiều dài tiết diện kênh dẫn vào xyclon Nguyễn Văn Khoa Trang 27 GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam D1 h2 h1 b Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy D h3 B Căn vào lưu lượng tác nhân sấy V=3748,896 m3/h, theo bảng 17.3 (Tr.321.TTTKHTS) ta có kích thước (tính theo mét): D= 0,6 m; a= 0,15 m; b= 0,3 m; d= 0,12 m; h 1= 0,20 m; h2= 0,275 m; h3= 0,48 m; D1= 0,30 m; D- a=0,45 m Nguyễn Văn Khoa Trang 28 Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam THAM KHẢO TÀI LIỆU: Kỹ thuật sấy_Hoàng Văn Chước - NXBKHKT Tính tốn thiết kế hệ thống sấy_PGS.TSKH Trần Văn Phú Kỹ thuật sản xuất cà phê nhân_Nguyễn Thọ - download từ internet Nhiệt động kỹ thuật_PGS.TS Phạm Lê Dần, PGS.TS Bùi Hải - NXB KHKT- 1997 Một số tài liệu lấy từ mạng internet công nghệ sản xuất chế biến cà phê Nguyễn Văn Khoa Trang 29 ... Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam Xát khơ Thu cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Nguyễn Văn Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn... sữa, loại bánh cao cấp.v…v Do đặc thù cà phê nhân sấy phải giữ mùi thơm màu sắc đặc trưng nên ta dùng thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v.v… Trong đồ án em có nhiệm vụ sấy cà phê... Khoa Trang Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: Th.S Nguyễn Đức Nam LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 Viện trường đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật