LỜI NÓI ĐẦU Như đã biết, sữa là một sản phẩm chứa đầy đủ dinh dưỡng cũng như hàm lượng tương đối cân đối nhất. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống và sức khỏe của con người, nhất là đối với trẻ em và người già. Công nghệ chế biến sữa đã ra đời rất lâu ở các nước phát triển, các sản phẩm sữa ngày nay rất đa dạng về chủng loại. Còn đối với nước ta công nghệ chế biến sữa chỉ bắt đầu phát triển mạnh vào những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20 khi đất nước bước vào thời kỳ đổi mới, cho đến nay thì có nhiều nhà máy sản xuất sữa trên khắp cả nước. Trong các sản phẩm sữa thì sữa bột giữ vai trò rất quan trọng và chiếm một số lượng lớn. Vì thế, việc sản xuất sữa bột và bảo quản chúng có ý nghĩa rất lớn, ưu điểm lớn nhất là tăng thời gian bảo quản sữa và giảm chi phí vận chuyển cũng như giá thành sản phẩm. Hiện nay có nhiều phương pháp sản xuất sữa bột mỗi phương pháp sẽ cho ra chất lượng sữa khác nhau, phổ biến là phương pháp sấy phun. Hiện nay có nhiều thiết bị cũng như những phương pháp tiên tiến áp dụng vào việc sản xuất thực phẩm để phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của con người. Trong môn học về đồ án quá trình và thiết bị này chúng em sẽ trình bày rõ về phương pháp sấy phun sữa bột nhằm trình bày kỹ hơn về công nghệ sản xuất sữa bột.
LỜI NÓI ĐẦU Như biết, sữa sản phẩm chứa đầy đủ dinh dưỡng hàm lượng tương đối cân đối Nó đóng vai trò quan trọng đời sống sức khỏe người, trẻ em người già Công nghệ chế biến sữa đời lâu nước phát triển, sản phẩm sữa ngày đa dạng chủng loại Còn nước ta công nghệ chế biến sữa bắt đầu phát triển mạnh vào năm cuối thập kỷ 80 kỷ 20 đất nước bước vào thời kỳ đổi mới, có nhiều nhà máy sản xuất sữa khắp nước Trong sản phẩm sữa sữa bột giữ vai trò quan trọng chiếm số lượng lớn Vì thế, việc sản xuất sữa bột bảo quản chúng có ý nghĩa lớn, ưu điểm lớn tăng thời gian bảo quản sữa giảm chi phí vận chuyển giá thành sản phẩm Hiện có nhiều phương pháp sản xuất sữa bột phương pháp cho chất lượng sữa khác nhau, phổ biến phương pháp sấy phun Hiện có nhiều thiết bị phương pháp tiên tiến áp dụng vào việc sản xuất thực phẩm để phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng người Trong môn học đồ án trình thiết bị chúng em trình bày rõ phương pháp sấy phun sữa bột nhằm trình bày kỹ cơng nghệ sản xuất sữa bột CHƯƠNG 1.1 – TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ Tổng quan nguyên liệu Ngun liệu cho q trình sấy phun sữa từ sữa tươi Sữa tươi vắt có nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị cao cân đối đạm, chất béo gluxit, chất khoáng nguyên tố vi lượng đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng người Ngồi ngun liệu sữa tươi nguyên liệu khác như: đường, vitamin, chất ổn định,… 1.1.1 Thành phần hóa học sữa: Sữa chất lỏng tiết từ tuyến sữa động vật hữu nhũ Thành phần hóa học loại sữa không giống chúng thay đổi phụ thuộc vào yếu tố thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa độ tuổi bò Thành phần chất có sữa người ta đo sau: Thành phần Nước Chất béo Protein Đường Lactose Khoáng chất % theo khối lượng 80- 90% 3,5- 3,7% 3,0- 3,3% 3,5- 5,5% 0,5- 0,7% - Nước: Nước sữa tồn chủ yếu dạng tự thành phần chiếm tỷ lệ cao sữa, mơi trường để hòa tan thành phần khơ có sữa Nước mơi trường cho phản ứng sinh hóa, có phản ứng lên men sữa Nước sữa phần tồn dạng hydrat hóa với đường Lactose khống phần khác liên kết với protein - Protein: Protein sữa protein hoàn hảo, thành phần loại protein có chứa 19 loại acid amin khác nhau, có đầy đủ acid amin khơng thay Trong sữa có hai nhóm protein casein protein nước sữa Casein: thành phần quan trọng protein sữa chiếm 75- 80% lượng potein, bao gồm nhiều loại protein khác nhau: α- casein, β- casein, κcasein, γ- casein Các casein tồn dạng keo tương tác chúng thành phần khác Protein nước sữa: chiếm khoảng 20% tổng lượng nitơ có sữa chủ yếu dạng là: lactalbumin lactoglobumin Cả phần protein nước sữa không đồng Lactalbumin protein đóng vai trò quan trọng q trình tổng hợp đường lactose - Chất béo: Chất béo sữa chiếm khoảng 3,5- 3,7% ( theo tổng khối lượng) Chất béo sữa hỗn hợp 98- 99% trygliceride 1- 2% lại thành phần khác Chất béo sữa khơng tạo vị có mùi êm dịu tạo ngon miệng cho sản phẩm sữa Chất béo tồn dạng nhũ tương dạng phân tán giọt béo nước - Đường lactose: Là thành phần đường chủ yếu có sữa, có hàm lượng khoảng 3,6- 5,5% tùy theo loại sữa Đường lactose đường đôi hợp thành từ hai loại đường đơn glucose galactose Tồn trạng thái tự dạng α β hydrat, α β hyrit - Các thành phần khác: Khoáng muối: Khoáng tồn dạng hào tan tạo muối với casein Muối khoáng quan trọng muối khoáng kim loại: Ca, Mg, Na K Vitamin: vitamin diện sữa đa dạng nên cần cho phát triển, tồn phát triển quan thể người - Các enzyme: sữa có chứa nhiều loại enzyme có tự nhiên, enzyme ảnh hưởng tới chất lượng sữa sản phẩm sữa Các enzyme sữa chia làm nhóm: Các enzyme thủy phân: lipase, phosphatase kiềm, galactose amylase Các enzyme oxy hóa sinh học: Peroxidase, Oxydase,… 1.1.2 Tính chất vật lý sữa: Ở điều kiện thường sữa chất lỏng màu trắng đục hỗn hợp nhiều chất khác phân bố trạng thái khác hòa tan hồn tồn, dạng huyền phù, dạng nhũ tương,… thông số vật lý sữa như: • Khối lượng riêng • Độ chua sữa • Độ nhớt sữa • Áp suất thẩm thấu sữa • Nhiệt độ đơng đặc Ngồi ngun liệu sữa tươi có số ngun liệu phụ trình sản xuất sữa bột như: đường, vitamin… nhằm mục đích tạo độ đặc, độ màu đặc trưng cho sản phẩm sữa bột bền nhiệt, khơng bị biến tính sấy sản phẩm sữa bột khơng bị vón cục 1.1.3 Những biến đổi sữa q trình bảo quản Sữa có giá trị dinh dưỡng có đầy đủ thành phần dinh dưỡng, dễ hấp thụ cho thể người nên sữa tươi mơi trường thích hợp cho phát triển vi sinh vật Mặt khác sữa lại có chứa nhiều enzyme mà sau vắt sữa xảy nhiều trình biến đổi làm giảm chất lượng sữa mà ta cần ý để hạn chế bao gồm trình chủ yếu: • Phản ứng lên men đường • Phản ứng phân hủy chất béo • Phản ứng phân hủy protein 1.1.4 Các phương pháp sấy ứng dụng để sản xuất sữa bột: Sấy chân không ( Freeze- Dryiing) Sấy trục ( Roller or Drying) Sấy Phun ( Spray- Drying) 1.1.5 Những biến đổi sữa trình sấy phun: Khi phân tán vào thiết bị sấy dạng giọt, tác dụng dòng khí có nhiệt độ cao giọt sữa giảm đường kính, khối lượng, thể tích Trong điều kiện sấy lí tưởng khối lượng bị giảm khoảng 50%, thể tích giảm 40%, đường kính giảm khoảng 70% so với giọt ban đầu từ vòi phun Ngồi số biến đổi bất lợi khác: - Protein bị biến tính gây mùi khó chịu, giảm độ hòa tan sữa làm giảm giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng sản phẩm - Điều kiện sấy nhiệt độ cao, xảy phản ứng caramel hóa đường lactose có thành phần sữa, phan ứng Maillard… tạo mùi màu không tốt, bất lợi cho sản phẩm - Sự oxy hóa lipite có sữa Vì cần ý nâng cao nhiệt độ trùng so với nguyên liệu để làm sữa bột không béo để đảm bảo vô hoạt hồn tồn enzyme lizase 1.2 Q trình sấy 1.2.1 Khái niệm Sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu phương pháp nhiệt Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm dẫn nhiệt, đối lưu, xạ lượng điện trường có tần số cao Mục đích q trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu Trong trình sấy, nước cho bay nhiệt độ chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu (khuếch tán ẩm) chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Sấy trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu sấy thay đổi theo không gian thời gian Phạm vi ứng dụng: Thơng thường, q trình sấy khảo sát hai mặt: tĩnh lực học động lực học Tĩnh lực học xác định mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy dựa phương trình cân vật chất - lượng, từ xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy lượng nhiệt cần thiết Ðộng lực học khảo sát mối quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu theo thời gian thông số trình tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu, điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy Trong phương pháp làm khô học, hóa lý, nhiệt q trình sấy nhiệt thường sử dụng nhiều kỹ thuật quan trọng ứng dụng rộng rãi nhiều ngành cơng - nơng nghiệp hóa chất, dược phẩm, chế biến nông – hải sản, vật liệu xây dựng Đó khơng q trình tách ẩm đơn mà q trình cơng nghệ Nó đòi hỏi vật liệu sau sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Do đó, cần phải dựa vào tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn chế độ phương pháp sấy tối ưu tùy vào suất, hiệu kinh tế mà chọn hệ thống sấy cho phù hợp 1.2.2 Động lực q trình Ẩm vật liệu chia làm hai dạng: ẩm liên kết ẩm không liên kết Quá trình sấy thường làm bốc lượng ẩm không liên kết phần lượng ẩm liên kết Lượng ẩm bốc gọi chung lượng ẩm tự Lượng ẩm lại sau sấy gọi lượng ẩm cân Quá trình ẩm bay từ vật liệu thường có hai giai đoạn: Ẩm bề mặt vật liệu bay vào môi trường xung quanh, giai đoạn phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh nhiệt độ, áp suất, tốc độ chuyển động môi trường… Khi độ ẩm bề mặt vật liệu nhỏ độ ẩm bên vật liệu, nước khuếch tán từ bên bề mặt vật liệu nhờ chênh lệch độ ẩm Giai đoạn phụ thuộc vào nhiệt độ tính chất vật liệu, dạng liên kết nước với vật liệu… Điều kiện để nước từ vật liệu bay vào môi trường xung quanh áp suất riêng phần nước môi trường (Pmt) phải nhỏ áp suất nước bề mặt vật liệu (Pvl), tức là: ∆P = Pvl – Pmt > Khi ∆P lớn lượng ẩm tách nhiều Theo thời gian sấy, nước môi trường xung quanh nhiều làm Pmt tăng lên, độ ẩm vật liệu giảm làm Pvl giảm theo, ∆P → Tại thời điểm ∆P = Quá trình đạt đến trạng thái cân bằng, trình bay ngừng lại, độ ẩm vật liệu lúc gọi độ ẩm cân Nhiệt độ vật liệu với nhiệt độ tác nhân sấy Độ ẩm tương đối khơng khí (%) Đường độ ẩm cân C Ẩm liên kết A Độ ẩm cân Ẩm không liên kết Độ ẩm tự 0 X’ Hàm ẩm vật liệu (kg ẩm/kg vật) )liệu) Quan hệ độ ẩm cân vật liệu độ ẩm tương đối không khí 1.2.3 Các giai đoạn q trình sấy Ðường cong sấy: đường cong biểu diễn thay đổi độ ẩm vật liệu theo thời gian sấy (r): U=f (r) Dạng đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết ẩm vật liệu, hình dáng, kích thước, đặc tính vật liệu, phương pháp chế độ sấy Đường cong tốc độ sấy: đường cong biểu diễn mối quan hệ tốc độ sấy độ ẩm vật liệu sấy Đường cong tốc độ sấy thu từ việc đạo hàm đường cong sấy theo thời gian Đường biểu diễn nhiệt độ vật sấy: thể biến thiên nhiệt độ vật liệu suốt trình sấy Ðường biểu diễn nhiệt độ vật sấy: thể biến thiên nhiệt độ vật liệu suốt trình sấy W (%) dU/dt t (oC) Đường biểu diễn nhiệt độ vật sấy Đường cong tốc độ sấy Đường cong sấy Thời gian (giờ) Đồ thị biểu diễn chất trình sấy Từ giản đồ sấy, thấy q trình sấy vật liệu ướt đến độ ẩm cân gồm hai giai đoạn: Giai đoạn đun nóng vật liệu: làm tăng nhiệt độ để ẩm bốc Giai đoạn xảy nhanh với thời gian không đáng kể Giai đoạn sấy đẳng tốc: tốc độ khuếch tán ẩm từ lòng vật liệu bề mặt lớn tốc độ bốc ẩm bề mặt vật liệu nên bề mặt vật liệu ln bão hòa ẩm Tốc độ sấy giai đoạn phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bốc ẩm bể mặt phụ thuộc vào yếu tố bên nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm khơng khí sấy Giai đoạn sấy giảm tốc: vật liệu tương đối khô, dạng ẩm liên kết nên bề mặt bốc bị co hẹp lại dần sâu vào lòng vât liệu, tốc độ khuếch tán ẩm chậm dần Tốc độ sấy giai đoạn giảm theo phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khuếch tán ẩm yếu tố bên vật liệu Nhiệt độ tác nhân sấy giai đoạn phải nhỏ nhiệt độ cho phép vật liệu 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm… Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu… Diện tích bề mặt riêng vật liệu lớn tốc dộ sấy nhanh Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối độ ẩm tới hạn vật liệu Độ ẩm, nhiệt độ tốc độ tác nhân sấy Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức chế độ sấy Chênh lệch nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối tác nhân sấy Nhiệt độ cuối cao nhiệt độ trung bình khơng khí cao, tốc độ sấy tăng 1.2.5 Một số phương pháp thiết bị sấy a Sấy đối lưu Ngun lý: dùng tác nhân sấy khơng khí nóng khói lò có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp để chuyển động chảy trùm lên vật liệu sấy làm cho ẩm vật liệu sấy bay theo tác nhân sấy Một số thiết bị sấy đối lưu: Phòng sấy: Vât liệu xếp khay xe đẩy sấy gián đoạn áp suất khí Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, đặc biệt sấy dạng vật liệu Nhược điểm: thời gian sấy dài sấy không (do vật liệu không đảo trộn), bị nhiệt qua cửa nạp liệu tháo liệu, khó kiểm tra q trình sấy Hầm sấy: khác phòng sấy chỗ chiều dài hầm sấy lớn gấp nhiều lần chiều rộng chiều cao, vật sấy với phương tiện vận chuyển ( xe treo hay băng tải) vào đầu cuối hầm, sấy chiều ngược chiều Nhược điểm: phân lớp khơng khí nóng lạnh theo chiều cao hầm nên q trính sấy khơng Thiết bị sấy băng tải: thường dùng cho vật liệu dạng kem, tác nhân sấy chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động liên tục băng tải buồng sấy Sản phẩm khô lấy liên tục cuối băng tải Thiết bị sấy thùng quay: dùng để sấy loại vật liệu rời có khả kết dính hóa chất, bột đường, ngũ cốc… Thiết bị làm việc áp suất khí quyển, gồm thùng hình trụ đặt nghiêng quay nhờ động phận truyền động, có hai vành đai để trượt lăn tựa thùng quay Vật liệu ướt vào thùng đầu cao, đảo trộn di chuyển nhờ cánh đảo, sấy khơ khơng khí khói lò phía đầu thấp, dòng khí trước thải qua phận thu hồi để tách lấy sản phẩm Ưu điểm: cường độ sấy cao, q trình sấy nhờ có tiếp xúc tốt vật liệu tác nhân Nhược điểm: vật liệu dễ bị gãy vụn, tạo nhiều bụi ảnh hưởng xấu đến sản phẩm môi trường Thiết bi sấy phun: thường dùng để sấy vật liệu lỏng sữa, trứng, nước trái cây… Ưu điểm: Dung dịch lỏng phun thành dạng sương vào buồng sấy, q trình diễn nhanh đến mức khơng kịp đốt nóng vật liệu lên giới hạn cho phép nên sấy nhiệt độ cao thời gian ngắn, thu sản phẩm dạng bột mịn Nhược điểm: tốn nhiều lượng, thiết bị phức tạp, cấu phun sương hệ thống thu hồi sản phẩm Ngồi có dạng thiết bị sấy đối lưu khác tháp sấy, sấy tầng sơi, sấy vít tải… b Sấy tiếp xúc (sấy rang) Nguyên lý: nhiệt lượng truyền đến vật liệu cách cho vật liệu tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đốt nóng, có đảo trộn vật liệu không Phương pháp ứng dụng rộng rãi để sấy loại vật liệu dạng rắn dạng rời (rau, củ, hạt, quả,…), loại dung dịch (sữa, nước hoa quả…) dạng thiết bị sấy tiếp xúc đơn giản tủ sấy chân không hoạt động gián đoạn, thiết bị có ưu điểm cấu tạo đơn giản sấy nhiều vật liệu khác suất thấp, vật liệu sấy trạng thái tĩnh, truyền nhiệt Ngồi có dạng thiệt bị sấy trục làm việc liên tục c Sấy xạ Nguyên lý: sử dụng lượng tia xạ phát từ vật xạ để làm nóng vật sấy đến nhiệt độ bốc ẩm Trong dân gian, người ta thường dùng xạ mặt trời để sấy nông hải sản (phơi nắng) thời gian dài tốn nhiều cơng sức Vì vậy, cơng nghiệp chế biến, người ta thường dùng tia xạ nhân tạo để sấy Máy sấy xạ có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, hiệu với vật liệu mỏng, tổn thất nhiệt, thời gian sấy giảm nhiều lần so với sấy đối lưu Tuy nhiên, nhược điểm tốn nhiều lượng, vật liệu đốt nóng khơng bề mặt bên trong, khơng thích hợp để sấy vật liệu dày d Sấy thăng hoa Nguyên lý: ẩm tách khỏi vật liệu cách thăng hoa, nghĩa chuyển thẳng ẩm từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, không qua trạng thái lỏng, vật liệu sấy nhiệt độ thấp trạng thái đóng rắ n độ chân khơng cao (0.1 ÷ mmHg) Ưu điểm phương pháp sấy thăng hoa sản phẩm có chất lượng cao, vật liệu bị biến chất, bảo tồn vitamin dễ hấp phụ nước để trở lại trạng thái ban đầu Hiện nay, phương pháp phức tạp đắt nên ứng dụng cho sản phẩm dược phẩm loại thực phẩm chất lượng cao Thông thường, loại vật liệu sấy đòi hỏi phương pháp chế độ sấy riêng Vì vậy, vào đặc điểm vật liệu sấy, chất lượng sản phẩm mà ta chọn chế độ phương pháp sấy tối ưu Sau đó, tùy theo suất, hiệu kinh tế mà lựa chọn, thiết kế chế tạo hệ thống sấy phù hợp CHƯƠNG 2- HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ SẤY PHUN Nguyên lý làm việc Quá trình sấy phun q trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột Dòng nhập liệu phân tán thành hạt nhỏ li ti nhờ cấu phun sương Cơ cấu phun sương thường có dạng đĩa quay vòi áp lực Những hạt lỏng phun tiếp xúc với dòng khí nóng, kết nước bốc nhanh chóng nhiệt độ vật liệu trì mức thấp Nhờ mà vật liệu sấy khô mà khơng làm thay đổi đáng kể tính chất sản phẩm Thời gian sấy khô hạt lỏng dạng sương sấy phun nhanh nhiều so với trình sấy khác Sấy phun gồm trình sau: Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu cần sấy sang dạng sương mù (các hạt lỏng phân tán khơng khí) nhờ cấu phun sương thiết bị sấy phun Hiện có cấu phun sương: đầu phun li tâm, đầu phun dòng, đầu phun dòng Kích thước giọt nhỏ sau giai đoạn phun sương dao động khoảng 10 ÷ 200 µm Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với dòng tác nhân sấy buồng sấy Đây giai đoạn tách ẩm khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu phun sương nên diện tích tiếp xúc giọt lỏng tác nhân sấy lớn Do ẩm nguyên liệu bay nhanh chóng Thời gian diễn tách ẩm từ vài giây tới hai chục giây Giai đoạn 3: tách sản phẩm khỏi dòng tác nhân sấy Người ta sử dụng cyclone, túi lọc phương pháp kết tủa trường tĩnh điện, phổ biến sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm thiết bị sấy phun dao động khoảng 90 ÷ 98% Cấu tạo hệ thống sấy phun Hệ thống phun sương bao gồm cấu phun sương, hệ thống quạt hút, caroliphere cấp nhiệt cho tác nhân sấy, buồng sấy, phân để thu hồi sản phẩm (cyclone, lọc túi,…) hệ thống xử lý khí thải (tùy theo yêu cầu) Trong cấu phun sương buồng sấy phun phận quan trọng đặc trưng cho hệ thống sấy phun, phận lại tương tự hệ thống sấy khác a Cơ cấu phương pháp phun sương Cơ cấu phun vừa có chức đưa vật liệu vào buồng sấy, vừa kết cấu tạo sương mù Giai đoạn tạo sương mù đống vai trò quan trọng q trình sấy phun Nguyên liệu sấy phun thành hạt nhỏ Lượng khơng khí thiết bị G2’ = 0,653 (kg/s) = 2350 (kg/h) Nhiệt độ khơng khí ban đầu 30 o C vào calorifer gia nhiệt đến 200 oC (xem tổn thất nhiệt từ calorifer đến tháp 20o C) Chọn loại ống thép dùng làm ống truyền nhiệt có hệ số dẫn nhiệt λ= 46,5W/m.oC đường kính ống d1/d2= 38/34 mm Ống đặt so le; bước ống: s1=s2= 1,5 d2 Khói lò cho ống thép với vận tốc ω1=6 m/s; khơng khí ngồi ống thép với vận tốc ω2= m/s Khơng khí vào thiết bị sấy gia nhiệt khói lò, thơng số khói lò sau: Lưu lượng: G1’ = 0,6 (kg/s) Nhiệt độ: tf1’ = 2900C Nhiệt độ trung bình khơng khí: Tf2= 0,5*(t”f2 +t’f2) = 0,5*(200+30)= 1150C Từ nhiệt độ tf2, tra bảng thơng số vật lí khơng khí ta có: Khối lượng riêng: ρf2 = 0,888 (kg/m3); Độ nhớt động: νf2= 24,2 * 10-6 (m2/s) ; Hệ số dẫn nhiệt: λf = 3,3 * 10-2 (W/m o C); Nhiệt dung riêng: Cp = 1,01(kj/kg); * Nhiệt lượng mà khơng khí nhận được: Q2 = Gk’* Cp * (t”f – t’f 2) = 0,653 * 1,01 * ( 200 30 ) = 112,12 (kj) Để xác định gần nhiệt độ trugn bình khói lò sau trao đổi nhiệt với khơng khí giả sử nhiệt độ cua tf = 230 oC sau tính lặp kiểm tra lại Ở nhiệt độ tf = 230 oC ta có: Cp = 1,11(kj/kg.oC) Từ phương trình truyền nhiệt ta có nhiệt lượng mà khói lò truyền cho khơng khí là: Q1 = G1’* Cp1*( t’f1 - t”f1) Bỏ qua tổn thất nhiệt nhiệt lượng nhiệt luogwj mà khơng khí nhận Q2 ; ta có: t’f1 = t”f1 = 290 = 122o C Nhiệt độ trung bình khói lò tính sau: tf1 = = = 206o C Vậy ta dùng tf1= 206o C để chọn thơng số vật lý khói lò tra bảng ta có: Khối lượng riêng khói lò: 1= 0,784 (kg/m3) Nhiệt dung riêng khói lò: Cp 1= 1,097 (kj/kg.oC) Hệ số dẫn nhiệt khói lò: λf = 4,01* 10-2 (W/m.oC) Độ nhớt động học khói lò: υf = 32,8.10-6 (m2/s) Chuẩn số Prandl cảu khói lò: Pr = 0,67 Chuẩn số reynolds khói lò tính theo cơng thức sau: Re = = = 6951 Với giá trị chuẩn số Re tra bảng ta có: = 23 ( Nu = 0,088 * Re 0,9 * Pr 0,43 ) ⇒ Nu = 23* 0,67 0,43 = 19,36 Từ ta tính hệ số cấp nhiệt phía khói lò: Nu = ⇒ = = = 20,4 (W/m2.oC) - Về phái khơng khí (bên ngồi ống) Re f 2= = = 4214 > 103 Khơng khí calorifer theo phương vng góc với trùm ống trường hợp chuẩn số Nu tính theo cơng thức sau: Nu = 0,41* Re 0,6 * Pr 0,35 = 0,41 * 4214 0,6 * 0,67 0,35 = 53,3 Từ ta tính hệ số cấp nhiệt phía khơng khí ống: Nu = ⇒ = = 51,6 ( W/m2.oC) Hệ số truyền nhiệt tổng quát cho calorifer: K= = = 14,6 ( w/ m2.o C ) ( chọn ) - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: Trong calorifer dòng khơng khí dòng khói lò trao đổi nhiệt với cách hổn độn calorifer có nhiều ngăn làm đổi hường dòng khơng khí phía ngồi ống Lúc chênh lệch nhiệt độ trung bình lớn trường hợp xi chiều nhỏ trường hợp ngược chiều tính theo cơng thức sau: Trong đó: = 91 oC ε hệ số hiệu chỉnh Để tính ε ta cần tính: R = = = 0,99 P = = = 0,654 Từ hai thông số ta dựa vào đồ thị thực nghiệm ta tra được: ε = 0,89 Thay vào ta có: ∆t = 91 * 0,89 = 81 oC Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F = = = 106,9 ( m2 ) Diện tích mặt ống là: F1 ống =2 *π *dtb * L = 2* 3,14 * ( 0,038 + 0,034 ) *2 = 0,9 ( m2 ) Trong L chiều dài thiết bị, chọn sơ đồ L = Tổng số ống cần cho thiế bị truyền nhiệt : N = = = 119 (ống) Đường kính thiết bị xác định cơng thức sau: D = s* (m-1)+ 4*d1 m = = = 13 s = 1,5*d1 = 1,5 * 0,038 = 0,057 (m) Vậy: D = 0,057 * ( 13 – ) + * 0,038 = ( m ) L/D = 2/1 = ( – 2,5 ) lựa chon sơ hợp lý *Lượng nhiệt liệu tiêu tốn: Khơng khí điều kiện thường t =30oC đốt cháy với dầu FO đốt nóng lên nhiệt độ cao sau trộn với khơng khí ban đầu trở thành khói lò trao đổi nhiệt với tác nhân sấy có: Lưu lượng: G2’ = ( kg/s) hay G2’= 2160 (kg/h) Nhiệt độ: tk = 290 oC Nhiên liệu dùng để đốt dầu FO có thành phần chủ yếu parafin từ C 14 – C17 khoảng 10% cấu tử trơ (Tr) Lượng khơng khí khơ cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu là: L0 = 11,6* %C +34,8 *%H Đối với dầu FO có 70% C; 15%H; lại cấu tử trơ L0 = 11,6*0,7+34,8*0,15= 15,43( kg kk khô/kg nhiên liệu) Sau cháy với dầu trở thành khói lò dẫn vào buồng hòa trộn với khơng khí ban đầu để có nhiệt độ mong muốn Qau trình đặc trưng hệ số dư khơng khí α α= Trong đó: - : hiệu suât buồng đốt (= 0,8) : Nhiệt trị cao nhiên liệu ( = 43157 kj/kg ) , : Nhiệt dung riêng nhiệt độ nhiệt liệu , : Nhiệt dung riêng nhiệt độ khói lò ( = 1,027) , : Enthanpi nước chứa trogn khói lò sau buồng hòa trộn - khơng khí ngồi trời (kj/kg kj/kg ) : hàm ẩm nhiệt độ ban đầu khơng khí (0,02 kg/kg kk khơ) Lượng nước có nhiên liệu (A~0) : Hàm lượng chất trơ có nhiên liệu ( Tr = 10%) Thay vào ta tính được: α = = 16,2 Lượng khơng khí khơ sau buồng hòa trộn cần thiết là: Lk = (α.L0 +1) – (Tr +9 H +A) = ( 16,2 *15+ ) – ( 9* 0,15 + 0,1 ) = 249,5 ( kg kk khô/kg nl) Lượng nhiên liệu tiêu tốn: B = G2’/ Lk = 0,6*3600/249,5 = 8,7 (kg/h) Thể tích nhiên liệu tiêu tốn cho trình sấy: Vd = B/ρd = 8,7/ 0,86 = 10,1 (1/h) IV.2 Tính chọn xyclon lắng Đường kính cảu xyclon tính theo cơng thức: D= Trong đó: V lưu lượng khơng khí (m2/s); v=0,654 m2/s ωq tốc độ quy ước; ωq = (2,2 - 2,5) m2/s Chọn tốc độ quy ước ωq = m2/s D = = 0,6 (m) - Vậy chọn xyclon có đường kính D = 600 mm ; thông số kỹ thuật xyclo sau: Đường kính cửa vào: 0,105 m Chiều cao cửa vào: 0,33 m Đường kính ống tâm: 0,29 m Chiều cao ống tâm : 0,45 m Chiều cao phần trụ: 0,8 m Tổng chiều cao: 1,85 m Trở lực qua xyclon: Hệ số trợ lực qua xyclon tính theo cơng thức sau: ξ hệ số trợ lực phụ thuộc vào kiểu xyclo; tra bảng ta có ξ = 60 ρ khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) ρ = 0,97 kg/m3 ∆p = 60* = 182 (N/m2) IV.3 Tính chọn quạt đẩy quạt hút: Chọn ống dẫn khơng khí có đường kính Φ = 300 mm Trở lực từ quạt đến calorifer ( xem khoảng cách từ quạt đến alorifer 1m ) Vận tốc dòng khí thổi ống: = = = 8,4 (m/s) Re= = = 15,75*104 Ta có: Regh= 6* (Φ/ε)8/7 Ren= 220* (Φ/ε)9/8 - Chọn ống tơn có sơn chống rĩ sét, ε = 0,5 mm - = = 1,67*10 -3 ( 0,8 – 125 ) * 10-4 Từ ta có: Regh= 0,86 * 104 Ren= 27,34 * 104 Ta thấy: Regh