TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT 2 LÍTGIỜ

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT 2 LÍT/GIỜ Tác giả NGUYỄN SƠN TÙNG Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT 2 LÍT/GIỜ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN SƠN TÙNG Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Niên khóa: 2007-2011

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT 2 LÍT/GIỜ

Tác giả

NGUYỄN SƠN TÙNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:

TS NGUYỄN HUY BÍCH ThS LÊ QUANG GIẢNG

Tháng 7 năm 2011

 Cuối cùng không thể thiếu là các bạn DH07NL đã chia sẻ và giúp đỡ tôi

Trong quá trình làm đề tài em đã rất cố gắng nỗ lực tìm kiếm tài liệu và trao đổi kiến thức với bạn bè Nhưng vì đây là lần đầu tiên bước vào tính toán hệ thống thiết bị chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót , em rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo của thầy cô giáo cũng như ý kiến đóng góp của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

TP.HCM, ngày 11/6/2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Sơn Tùng

TÓM TẮT

Đề tài “Tính toán, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ” được tiến hành tại Bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh, Khoa cơ khí-Công nghệ trường Đại học Nông Lâm TP HCM, thời gian từ 14/3 đến 11/6 năm 2011 Bằng phương pháp điều tra khảo sát và phân tích lý thuyết, đề tài đã tiến hành điều tra, khảo sát một số thiết bị sấy phun hiện có tại khu vực TP HCM và trên cơ sở đó, đề tài tiến hành tính toán, thiết kế hệ thống sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

Kết quả thu được:

 Đề tài đã điều tra, khảo sát được 5 loại máy sấy phun sương tại các địa điểm khác nhau ở khu vực TP HCM, bao gồm máy nhập ngoại và chế tạo trong nước với các

cỡ công suất khác nhau

 Tính toán, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

Hệ thống có các thông số cơ bản như sau:

 Điện áp sử dụng: 220/380 V, 3 pha

 Năng suất: 2 lít/giờ

 Kích thước buồng sấy:

- Chiều cao: h = 1200 (mm)

- Đường kính: d = 1000 (mm)

 Sử dụng Calorifer với các thanh điện trở có cánh tản nhiệt để gia nhiệt cho không khí sấy, công suất điện trở Q = 9 kW được bố trí làm 3 thanh

 Nhiệt độ sấy đầu vào: t1 = 140oC

 Nhiệt độ không khí ra: t2 = 80oC

 Sử dụng đĩa ly tâm có tốc độ: n = 25000 v/ph

 Công suất quạt: N = 1 HP

 Độ ẩm sản phẩm: 3÷5%

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 MSPS MÁY SẤY PHUN SƯƠNG

2 TNS TÁC NHÂN SẤY

3 ĐHNL ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

4 ĐHCN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

5 ĐHQG ĐẠI HỌC QUỐC GIA

6 GMP Good Manufacturing Practice

7 Pr Tiêu chuẩn Prant

8 Re Tiêu chuẩn Rayleigh

9 Nu Tiêu chuẩn Nusselt

10 Gr Tiêu chuẩn Grashoft

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

SỐ TÊN HÌNH ẢNH TRANG

1 Các buồng sấy sử dụng vòi phun 6

2 Buồng sấy sử dụng đĩa văng cấp vật liệu sấy 8

3 Kết cấu của vòi phun cơ khí 9

4 Cấu tạo của vòi phun khí động 10

5 Cấu tạo các đĩa văng ly tâm 11

6 Đĩa văng nhiều tầng 11

7 Cấu tạo của một calorifer 12

8 Xyclon trong hệ thống sấy phun 13

9 MSPS đáy phẳng 15

10 MSPS có đáy hình nón 16

11 Hệ thống sấy phun tổ hợp 18

12 Máy sấy một trục ở áp suất thường 19

13 Máy sấy hai trục ở áp suất thường 20

14 Máy sấy phun tạo hạt kiểu áp lực YPG 21

15 MSPS LPG 23

16 MSPS series ZLPG 25

17 Sơ đồ chế biến bột nho hòa tan 29

18 MSPS năng suất 0,5 kg/giờ 30

19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động MSPS năng suất 0,5 kg/giờ 31

20 Bảng điều hành của MSPS mini B-290 33

21 MSPS mini B – 290 33

22 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của MSPS mini B-290 34

23 MSPS KBC-SP-02 35

24 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của MSPS KBC-SP-02 36

25 MSPS Labplant SD-Basic 39

26 Cấu tạo vòi phun của máy sấy phun Labplant SD-Basic 39

27 MSPS Lab Plant SD-05 41

28 Buồng sấy 45

29 Quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d 45

30 Quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d 51

31 Điện trở có cánh tản nhiệt 53

32 Sơ đồ bố trí Calorifer 54

33 Đĩa văng ly tâm 55

34 Hệ thống đường ống 56

35 Kích thước cơ bản của Xyclon 61

36 Cấu tạo MSPS năng suất 2 lít/giờ 62

37 Sơ đồ bố trí hệ thống MSPS năng suất 2 lít/giờ 64

DANH MỤC BẢNG BIỂU

SỐ TÊN BẢNG BIỂU TRANG

1 Công thức phối trộn của 3 loại bột nho 5

2 Thông số kỹ thuật máy YPG 22

3 Thông số kỹ thuật máy LPG 24

4 Thông số kỹ thuật máy ZLPG 26

5 Giá trị cường độ bốc hơi 44

6 Quan hệ giữa trị số C và n 49

7 Bảng cân bằng nhiệt và hiệu suất sử dụng nhiệt 52

8 Kích thước của Xyclon 61

MỤC LỤC

Trang tựa Error! Bookmark not defined Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Tóm tắt Error! Bookmark not defined Danh sách các chữ viết tắt Error! Bookmark not defined Danh sách hình ảnh Error! Bookmark not defined Danh mục bảng biểu Error! Bookmark not defined Mục lục Error! Bookmark not defined

Chương I 1

MỞ ĐẦU 1

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2.Mục đích 2

Chương II 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Tìm hiểu vật liệu sấy ( bột nho) 3

2.1.1 Giới thiệu chung 3

2.1.1.1 Khái quát về nho 3

2.1.1.2 Thành phần cấu tạo 3

2.1.1.3 Công dụng của nho 4

2.1.2 Tìm hiểu về cây nho Ninh Thuận 4

2.1.3 Công thức pha trộn vật liệu sấy ( dịch thể nho) 5

2.2 Tìm hiểu về máy sấy phun sương (MSPS) 6

2.2.1 Tổng quan về MSPS 6

2.2.2 Cấu tạo chung 6

2.2.2.1 Bố trí buồng và cơ chế sấy phun 6

2.2.2.2 Các loại kết cấu tạo sương 8

2.2.2.3 Calorifer 12

2.2.2.4 Bộ phận thu hồi sản phẩm 12

2.2.3 Nguyên lý sấy phun 13

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sấy phun 13

2.2.5 Ưu - nhược điểm của máy sấy phun sương 14

2.3 Một số loại máy sấy phun điển hình 15

2.3.1 Máy sấy phun có đáy phẳng 15

2.3.2 Máy sấy phun có đáy hình nón 16

2.3.3 Hệ thống sấy phun tổ hợp 17

2.3.4 Máy sấy phun kiểu trục quay 18

2.3.4.1 Máy sấy một trục ở áp suất thường 18

2.3.4.2 Máy sấy hai trục ở áp suất thường 19

2.4 Một số thiết bị sấy phun trên thế giới 20

2.4.1 Máy sấy phun tạo hạt kiểu áp lực YPG 20

2.4.2 Máy sấy phun LPG 22

2.4.3 Máy sấy phun series ZLPG 24

Chương III 27

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 27

3.1 Nội dung 27

3.1.1 Điều tra, khảo sát một số máy sấy phun ở khu vực TP Hồ Chí Minh 27

3.1.1.1 Địa điểm 27

3.1.1.2 Thời gian 27

3.2 Phương pháp 27

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 27

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 28

Chương IV 29

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

4.1 Xây dựng qui trình-công nghệ chế biến bột nho 29

4.2 Kết quả điều tra, khảo sát một số loại máy sấy phun ở khu vực TP HCM 30

4.2.1 Máy sấy phun sương năng suất 0,5 kg/giờ 30

4.2.2 Máy sấy phun mini B-290 32

4.2.3 Máy sấy phun sương KBC-SP-02 35

4.2.5 Máy sấy phun Lab Plant SD – 05 40

4.3 Tính toán, thiết kế MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ 42

4.3.1 Chọn phương pháp sấy 42

4.3.2 Chọn dạng hệ thống sấy 43

4.3.3 Chọn chế độ sấy 43

4.3.4 Tính toán cân bằng nhiệt quá trình sấy 43

4.3.4.1 Các dữ liệu ban đầu 43

4.3.4.2 Tính toán buồng sấy 43

4.3.5 Tính toán và chọn các thiết bị phụ của hệ thống sấy 53

4.3.5.1 Calorifer 53

4.3.5.2 Thiết kế bộ đồ phun 54

4.3.5.3 Quạt và cách chọn quạt 55

4.3.5.4 Tính chọn Xyclon 60

4.3.5.5.Tính chọn lớp bảo ôn cách nhiệt cho hệ thống sấy 61

4.3.6 Cấu tạo của MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ 62

4.3.7.Nguyên lý hoạt động của MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ 63

4.3.8 Bố trí hệ thống MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ 63

Chương V 65

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65

5.1 Kết luận 65

5.2.Đề xuất ý kiến 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

hư hỏng nhanh chóng, nhất là trong thời vụ thu hoạch chính của nho

Từ những tồn tại thực tế sản xuất nho và nhằm giải quyết đầu ra trong mùa vụ cần phải có thiết bị chế biến nho để đa dạng hóa sản phẩm và tiêu thụ nho trong mùa vụ, trong

đó chế biến bột nho hòa tan là một hướng đi khả quan, có triển vọng cần được nghiên cứu, khi được đưa vào sản xuất và thương mại hóa thì sẽ là một lợi thế lớn so với các loại bột khác

Công nghệ sấy phun là một công nghệ sấy với chi phí sấy cao vì giá trị đầu tư lớn, năng suất thấp sử dụng sấy các mặt hàng có giá trị cao như: dược phẩm, thực phẩm (chế biến sữa, bột trái cây, trà, cà phê hòa tan, ), hóa mỹ phẩm Ưu điểm của sấy phun là thời gian sấy nhanh, chất lượng sản phẩm được đảm bảo Chọn sấy phun là phương pháp giải quyết bài toán mùa vụ và tiêu thụ sản phẩm nho, đây sẽ là một hướng đi tích cực cho ngành nho

Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sấy phun trong sản xuất nho có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho chiến lược phát triển qui mô mở rộng diện tích trồng nho, nâng cao thu nhập cho người dân và tạo ra một mặt hàng xuất khẩu mới có giá trị

Được sự đồng ý của bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh-khoa Cơ Khí Công Nghệ

trường Đại học Nông Lâm TP HCM, em đã thực hiện đề tài: “tính toán, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ” dưới sự hướng dẫn của thầy

TS Nguyễn Huy Bích, thầy Th.S Lê Quang Giảng

1.2.Mục đích

 Tìm hiểu việc sản xuất và chế biến tiêu thụ nho tại Ninh Thuận

 Điều tra, khảo sát một số loại máy sấy phun sương (MSPS) tại khu vực TP HCM nhằm làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

 Tính toán, thiết kế MSPS dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

Chương II

TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu vật liệu sấy ( bột nho)

2.1.1 Giới thiệu chung

2.1.1.1 Khái quát về nho

Cây nho có tên khoa học ( Vitis Vinifera ), thân leo dùng vòi bám để leo lên dàn Hiện nay có trên 7000 giống nho khác nhau đang được trồng ở nhiều nước trên thế giới Diện tích trồng nho trên thế giới lên đến trên 10 triệu hecta Sản lượng nho hàng năm của thế giới là trên 60 triệu tấn quả Năng suất nho bình quân của thế giới là 6 tấn/ha quả Những nơi thâm canh có thể đạt 8-9 tấn/ha Nho đòi hỏi khí hậu nóng và hơi khô Theo tài liệu của FAO, 75.866km2 trên thế giới được dùng để trồng nho Khoảng 71% sản lượng nho được dùng sản xuất rượu vang, 27% để ăn dưới dạng quả tươi và 2% làm nho khô.[1]

Quả nho mọc thành chùm từ 6 đến 300 quả , chúng có màu đen, lam, vàng, lục, tía hay trắng Quả nho hình cầu hoặc ovan Quả có màu sắc khác nhau Khi còn non có màu xanh Khi lớn và chín quả có màu xanh, đỏ đậm, tím tùy thuộc vào đặc điểm của giống…nho được đánh giá là loại trái cây đắt giá và ưu điểm của trái nho là mã đẹp, có quả quanh năm và được thế giới phương Tây đánh giá cao Quả nho có thể sử dụng ở dạng tươi đẻ ăn hoặc làm nguyên liệu để chế biến (rượu vang, nước quả nho, nho khô, thạch nho, nước quả, dần hạt nho…

đỏ-2.1.1.2 Thành phần cấu tạo

Quả nho có chứa đường (glucose confgoij là đường nho, saccharose), các axit hưu

cơ các loại vitamin C, B1, B2

Thành phần hóa học trung bình của quả nho tươi [1]:

- Nước : 70-80%

- Đường :10-25% (trong đó chủ yếu là glucose, fructose và saccharose)

- Acid hữu cơ : 0.5-1.7% (chủ yếu là acid malic và factoric)

- Protein : 0.1-0.9%

2.1.1.3 Công dụng của nho

Nho chứa nhiều vitamin và khoáng chất tốt cho sức khỏe con người như vitamin: C, B1, B2, PP… Quả nho chứa một hàm lượng lớn Polyphenol đây là chất hạn chế quá trình đóng vón của tiểu cầu, giảm bệnh nhồi máu cơ tim, chống oxy hóa, tăng cường miễn dịch, chữa cao huyết áp, chống lão hóa Ngoài ra hạt và vỏ nho còn chứa các dưỡng chất quan trọng như chất tannin, lexithin, phlobaphene và chất béo thậm chí lá nho cũng có tác dụng

vì nó chứa một số thành phần nuôi dưỡng cơ thể đó là đường, carotin, tannin, kali, natri, silicon và sắt [2]

2.1.2 Tìm hiểu về cây nho Ninh Thuận

Cây nho đã được du nhập vào nước ta từ những năm 1970, những mãi đến năm 1978-1980 nho mới được trồng như một sản phẩm thương mại ở Ninh Thuận và trở thành vùng trồng nho chủ yếu của cả nước Vùng trồng nho của tỉnh chủ yếu huyện Ninh Phước

và thị xã Phan Rang – Tháp Chàm

Hiện nay có nhiều giống nho được nhân giống thành công và cho năng suất cao đã được trồng ở Việt Nam như giống nho ăn tươi NH01-93, NH01-48, NH01-96, giống Cardinal (nho đỏ), và giống nho làm nguyên liệu cho chế biến rượu NH02-90 [1]

Nho là cây đặc sản đem lại nguồn lợi kinh tế cao cho người dân trong tỉnh Ninh Thuận Nho thu hoạch từ 2-3 vụ/năm với sản lượng bình quân 20 tấn/ha và thu nhập từ 100-150 triệu đồng/năm/ha Do thu nhập cao gấp nhiều lần trồng lúa nên diện tích trồng nho ở Ninh Thuận không ngừng được mở rộng từ 26 ha năm 1985 đến năm 2005 đã là

1700 ha trong đó có 400 ha nho giống mới sản lượng 60-65 ngàn tấn Hướng phát triển cây nho là ổn định diện tích 2500 ha, sản lượng khoảng 85 ngàn tấn, đảm bảo cung cấp ổn định cho nhà máy chế biến [1] Tuy nhiên trong những năm gần đây vấn đề đầu ra của sản

phẩm cộng với kỹ thuật bảo quản không đúng dẫn đến hư hỏng nhanh chóng nên giá nho

giảm mạnh nhất là thời điểm chính vụ

 Kết luận:

Song song với quá trình mở rộng diện tích phát triển cây nho thì vấn đề đặt ra cho

cây nho Ninh Thuận là cần phải có biện pháp kỹ thuật để đa dạng hóa các sản phẩm từ

nho nhằm giải quyết tính mùa vụ, tìm đầu ra ổn định và tạo ra các sản phẩm mới từ cây

nho để nâng cao thu nhập cho người dân

2.1.3 Công thức pha trộn vật liệu sấy ( dịch thể nho)

Ngoài nguyên liệu chính là dịch nho cô đặc thì các chất phụ gia bổ sung là các loại

đường, saccarose, maltodextin, glucose, galacose, hương, và màu thực phẩm…

Dịch nho sau khi cô đặc đạt tới 40% chất khô sẽ được chuyển sang thùng pha trộn

nguyên liệu Dịch nho bổ sung vào 3 công thức lần lượt là 45%, 49%, 54%với nồng độ

chất khô là 60% Phụ gia bổ sung vào dịch nho gồm: đường glucose tương ứng là 55%,

50%, 45%, chất màu và hương vị là 1% [1]

Theo sự đánh giá của hội đồng cảm quan Công ty Cổ Phần Giám Định & Khử Trùng

FCC thì nhận thấy các công thức được đưa ra ở bảng dưới đây sẽ cho kết quả tốt nhất cả

về thời gian sấy, mùi, vị và độ ngọt

Bảng 1: Công thức phối trộn của 3 loại bột nho [1]

Mẫu

Công thức phối trộn

Đường glucose (%)

Dịch nho ( độ chất khô 40% trong dịch) (%)

Hương (%)

Màu (%)

2.2 Tìm hiểu về máy sấy phun sương (MSPS)

2.2.1 Tổng quan về MSPS

MSPS là loại thiết bị có hàm lượng công nghệ cao chuyên dùng để sản xuất ra các sản phẩm dạng bột (từ các hoạt chất sau khi chiết xuất ở dạng cao lỏng 30 - 40%) Bột sấy phun hiện nay là một loại sản phẩm có giá trị cao được ứng dụng nhiều trong các ngành dược phẩm, thực phẩm (chế biến sữa làm sữa bột, sản xuất bột ngọt, trà, cà phê hòa tan,

tinh bột trái cây…), hóa mỹ phẩm (xà phòng bột)…

2.2.2 Cấu tạo chung

Cấu tạo chung của một MSPS gồm có: buồng sấy phun ,bộ phận nạp liệu là những vòi hoặc cơ cấu phun , hệ thống quạt , caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy , bộ phân

thu hồi sản phẩm sấy

So với các hệ thống sấy khác thì hệ thống sấy phun có cấu tạo đặc thù là bơm cao áp

để nén dịch thể và kết cấu tạo sương trong buồng sấy

2.2.2.1 Bố trí buồng và cơ chế sấy phun

Đối với các buồng sấy sử dụng cơ cấu vòi phun thì cách bố trí vòi phun, cửa cấp tác nhân sấy, cửa lấy sản phẩm, cửa cho khí thải được thể hiện như sau:

a) Dòng tác nhân sấy và dòng hạt dung dịch cùng chiều, sản phẩm và khí thải ra theo cửa riêng

b) Hai dòng cùng chiều, sản phẩm và khí thải ra cùng một cửa

c) Hai dòng ngược chiều

Bố trí phức tạp do vị trí vòi phun phải phụ thuộc vào hạt có kích thước lớn

Đối với các buồng sấy sử dụng cơ cấu đĩa văng thì cách bố trí như sau:

a) b) c) d)

Hình 2: Buồng sấy sử dụng đĩa văng cấp vật liệu sấy [3]

a) Tác nhân sấy chảy xoáy chùm lên đĩa văng, sản phẩm ra cùng khí thải

2.2.2.2 Các loại kết cấu tạo sương

a.Vòi phun cơ khí

 Cấu tạo:

1 2

4

Hình 3: Kết cấu của vòi phun cơ khí [4]

1 - Vòng đệm ; 2 – thân vòi phun ; 3 – ecu điều chỉnh ; 4 – tiết diện vòi phun ;

5 – cánh tạo sương ; 6 – êcu

 Ưu điểm:

Có thể làm việc với hầu hết các loại dịch thể

 Nhược điểm:

Tiêu tốn năng lượng tương đối lớn, khoảng 50 ÷ 60 kW/tấn dịch thể

c Đĩa văng ly tâm

Đĩa văng ly tâm chia ra các loại như: đĩa văng nhẵn; đĩa văng có cánh; đĩa văng có vòi và đĩa văng nhiều tầng có: đĩa văng nhiều tầng không cánh; đĩa văng nhiều tầng có cánh

 Cấu tạo:

Hình 5: Cấu tạo các đĩa văng ly tâm [3]

a) Đĩa văng nhẵn: 1 - ống nạp liệu; 2 – trục quay; 3 – đĩa

b) Đĩa văng có cánh: 1 – cánh; 2 – đĩa văng; 3 – lỗ lắp trục quay; 4 – lỗ nạp liệu; 5 – nắp c) Đĩa văng có vòi: 1 – vòi phun; 2 – các ống nạp liệu; 3 – trục quay; 4 – đĩa văng

2

3 4 5

5

6 1

Hình 6: Đĩa văng nhiều tầng [3]

a) Đĩa văng nhiều tầng không cánh: 1- nguyên liệu; 2- đĩa trên; 3- đĩa giữa; 4- đĩa dưới; 5- lỗ lắp trục quay

b) Đĩa văng nhiều tầng có cánh: 1- lỗ lắp trục; 2- đĩa dưới; 3- đĩa giữa; 4- đĩa trên; 5- nguyên liệu; 6- các cánh

 Hoạt động:

Dịch thể được cấp vào gần trục quay của đĩa, đĩa quay từ ( 4000 ÷ 20000) v/ph Dưới tác dụng của lực ly tâm nên nguyên liệu bị văng thành màng mỏng dạng sương quanh đĩa vào môi trường tác nhân sấy trong buồng sấy với vận tốc rất lớn

Calorifer là thiết bị để gia nhiệt cho tác nhân sấy thường sử dụng các thanh điện trở

inox có cánh tản nhiệt để đốt nóng không khí

Hình 7: Cấu tạo của một calorifer

Hình 8: Xyclon trong hệ thống sấy phun

2.2.3 Nguyên lý sấy phun

Sấy phun là quá trình sấy mà nguyên liệu đưa vào sấy ở dạng lỏng (huyền phù) và sản phẩm thu được sau quá trình sấy ở dạng bột [5].Trong quá trình sấy phun, mẫu nguyên liệu sẽ được phân tán thành những hạt nhỏ li ti dưới dạng sương trong buồng sấy, chúng được tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy, thường là không khí nóng Do đó mà lượng hơi nước trong nguyên liệu được bốc hơi nhanh chóng

Thời gian để các hạt sương này chuyển thành bột thường rất ngắn chỉ 1 – 10 giây Sau đó sản phẩm sẽ được thu hồi tại đáy của buồng sấy hoặc theo tác nhân sấy đi ra khỏi

buồng sấy và được thu hồi lại thông qua xyclon

Quá trình sấy phun: Gồm có 4 giai đoạn sau:

 Giai đoạn phun sương: dịch được phun thành dạng sương mù

 Giai đoạn phối trộn: các hạt sương tiếp xúc với TNS là không khí nóng

 Giai đoạn bay hơi ẩm: các hạt sương được làm khô thành dạng bột mịn

 Giai đoạn thu hồi: sản phẩm dạng bột khô được thu hồi từ khí thoát

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sấy phun

 Đặc tính vật liệu sấy: thành phần cấu tạo, tỷ lệ hòa trộn để tạo thành dịch sấy, độ

ẩm, độ nhớt của vật liệu sấy…Nếu hàm lượng chất khô của nguyên liệu sấy càng cao thì thời gian sấy sẽ nhanh và tiết kiệm được năng lượng cho quá trình sấy Tuy

nhiên hàm lượng chất khô quá cao sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho quá trình tạo sương trong buồng sấy, vòi phun dễ bị tắc nghẽn và hạt tạo thành có hình dạng và kích thước không đều Độ nhớt của dung dịch sấy ảnh hưởng đáng kể lên kích thước hạt phun Ở độ nhớt cao kích thước hạt phun sẽ lớn,

do đó khả năng làm bốc hơi nước của không khí sấy sẽ thấp và ẩm độ của sản phẩm tạo thành sẽ cao Khi dịch sấy có độ nhớt quá thấp thì quá trình sấy diễn ra với hiệu suất thấp do lượng ẩm bốc hơi quá nhiều

 Lưu lượng bơm dịch thể: Lưu lượng bơm là thể tích dịch nguyên liệu đi qua vòi

phun trong một đơn vị thời gian Nếu lưu lượng bơm thấp, hiệu suất thu hồi bột sẽ

cao nhưng lại gây tổn thất năng lượng đáng kể Tuy nhiên, nếu dịch phun có hàm lượng chất khô cao mà lưu lượng bơm quá thấp thì vòi phun có nguy cơ bị nghẹt

Ở lưu lượng bơm quá cao khả năng bay hơi nước giảm, bột thu hồi có hiệu suất

thấp và ẩm độ cao, dịch dính lại trong buồng sấy sẽ tăng lên

Vì vậy tùy theo điều kiện thực tế mà điều chỉnh lưu lượng bơm cho thích hợp

 Nhiệt độ không khí sấy: Nhiệt độ không khí sấy qua cao hoặc quá thấp đều ảnh

hưởng tới chất lượng quá trình sấy Nếu nhiệt độ sấy quá cao quá trình sấy nhanh nhưng ẩm độ cuối cùng của sản phẩm không những giảm mà còn làm phân hủy một số thành phần nhạy cảm của nguyên liệu và làm gia tăng năng lượng cho quá trình sấy Nếu nhiệt độ sấy quá thấp thì ẩm độ của vật liệu cao và vật liệu sấy sẽ

dính bết trên thành của buồng sấy làm giảm hiệu suất thu hồi sản phẩm

 Áp suất khí nén: Khi áp suất khí nén tăng thì các hạt sương sẽ có kích thước nhỏ,

diện tích tiếp xúc với không khí nóng tăng nghĩa là khả năng làm khô sản phẩm tăng, nên ẩm độ sản phẩm sẽ giảm, hiệu suất thu hồi cao Ngược lại khi áp suất khí nén giảm sẽ tạo các hạt có kích thước lớn độ ẩm cao quá trình sấy mất nhiều thời gian và năng lượng

2.2.5 Ưu - nhược điểm của máy sấy phun sương

Ưu điểm:

● Nhanh chóng trong quá trình sấy, nhiệt độ của vật liệu sấy thấp, sản phẩm nhận được

● Sản phẩm sau khi sấy có kích thước đồng đều, tăng thời gian lưu trữ bảo quản, hình thức mẫu mã đẹp, độ trơn chảy tốt sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao

● Do quá trình sấy rất nhanh nên nhờ đó sự tổn thất với các chất dinh dưỡng ( trong sấy thực phẩm) mẫn cảm với nhiệt độ có trong mẫu sấy là không đáng kể, thiết bị có năng suất cao và làm việc liên tục, chi phí công nhân , vận hành và bảo dưỡng tương đối đơn giản

●Thiết bị sấy phun ko gây phá huỷ thực phẩm an toàn, các sản phẩm y tế và không ảnh hưởng đến nhiệt hoá sinh của sản phẩm Không diễn ra quá trình oxi hoá, hàm lượng nước trong bột thấp và không bị nhiễm bẩn

Nhược điểm:

Chi phí đầu tư cao, yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt Điều này dẫn đến chi phí năng lượng cao (để tách ẩm) và thất thoát

các chất dễ bay hơi cao hơn

2.3 Một số loại máy sấy phun điển hình

2.3.1 Máy sấy phun có đáy phẳng

 Cấu tạo

Hình 9: Máy sấy phun đáy phẳng [6]

1.Quạt 2.Bộ lọc 3.Phòng sấy (Buồng sấy) 4.Cơ cấu vận chuyển

5.Cào 6.Đĩa quay

 Nguyên lý hoạt động:

Máy sấy có phòng sấy 3, sản phẩm lỏng được phun trong phòng nhờ đĩa quay nhanh

6 Không khí nóng hay khí lò được đẩy vào phòng và sản phẩm chuyển động thành dòng

song song với vật liệu

Các giọt chất lỏng khi rơi vào dòng không khí nóng, hay khi chúng bị chất tải nhiệt bao phủ lấy mọi hướng và trong một vài giây ẩm bốc hết và sản phẩm lắng xuống đáy phòng ở dạng bột Sản phẩm được chuyển dịch nhờ cào 5 và ra khỏi máy sấy nhờ vít tải 4 hay nhờ cơ cấu vận chuyển khác Tác nhân sấy bị hút liên tục nhờ quạt 1 Khi đi qua bộ lọc 2 để làm lắng, những tiểu phần nhỏ của sản phẩm bị dòng khí mang đi

2.3.2 Máy sấy phun có đáy hình nón

 Cấu tạo:

Hình 10: Máy sấy phun có đáy hình nón [6]

1.Cơ cấu tháo 2.Ống dẫn 3 & 18.Cơ cấu bảo hiểm 4.Xe nâng

5.Cửa 6.Nguồn chiếu sang 7.Ống dẫn 8.Cơ cấu phun 9.Vỏ trụ

10.Đĩa phun 11.Ngăn máy sấy 12.Đường ống 13.Cơ cấu ly tâm

14.Bộ lọc mỡ 15.Vô lăng điện 16.Vỏ bảo vệ 17.Máy rung

 Nguyên lý hoạt động:

Vỏ trụ 9 có đáy hình nón để tháo bột khô.hơi 1500 Dung dịch đẩy vào sấy bị phun

ra nhờ cơ cấu ly tâm 13 có đĩa 10 Tác nhân sấy đưa vào phần trên của thiết bị theo ống dẫn 7 Ở cuối ống dẫn 7 lắp cơ cấu phun hình nón 8 Nhờ cơ cấu 8, tạo ra dòng xoáy của khí đưa vào Các giọt sản phẩm được phun bằng đĩa bị bao phủ bởi dòng không khí và chuyển xuống dưới

Ẩm được bốc hơi, các phần tử bột nhỏ còn lại lắng xuống ở đáy hình nón và tháo đến cơ cấu 1 để chuyển sản phẩm vào hệ băng tải khí động học Để tẩy sạch các tiểu phần của sản phẩm bám trên tường, lắp máy rung 17 Tác nhân sấy bị thải có mang theo các tiểu phần nhỏ của sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy qua ống dẫn 2 vào xyclon để tách bột Để khảo sát bên trong, có xe nâng 4, nguồn chiếu sáng 6 và cửa 5 Tấm ngăn máy sấy 11 có các van bảo hiểm ở dạng các đĩa chồng nhau và dạng đường ống 12 để xả khí sấy khi tăng

áp suất đáng kể

Đĩa phun 10 quay với tốc độ 10000 v/ph từ động cơ qua hộp giảm tốc Để bôi trơn

cơ cấu phun, ở phần trên của thiết bị có lắp cơ cấu cơ học và bộ lọc mỡ 14 Vô lăng điện

15 dùng để nâng cơ cấu phun

Để tránh cháy sản phẩm trong máy sấy, người ta đặt các cơ cấu bảo hiểm 3 và 18

2.3.3 Hệ thống sấy phun tổ hợp

Được ứng dụng trong công nghiệp vi sinh

 Cấu tạo:

Bộ sấy gồm:

1.Thiết bị lọc khí 2.Thùng chứa dung dịch chất lỏng canh trường

3 Bơm ly tâm 4.Phòng sấy (Buồng sấy) 5.Bộ lọc không khí 6.Quạt hai chiều

7.Bộ lọc vi khuẩn 8.Calorifer 9.Bơm ly tâm 10.Băng tải khí động11.Các bộ lắng bằng xyclon 12.Thùng chứa sản phẩm khô 13.Bộ tháo dỡ xyclon

Hình 11: Hệ thống sấy phun tổ hợp [6]

 Nguyên lý hoạt động:

Từ thùng chứa 2 nhờ bơm ly tâm 3 và 9 cấp dịch vào phòng sấy 4 cùng lúc đó không khí từ khí quyển qua bộ lọc khí 5 nhờ quạt hút 6 đưa đến các bộ lọc vi khuẩn 7 rồi vào calorife 8 không khí được gia nhiệt đưa vào phòng sấy 4 hòa trộn cùng dịch sấy, sản phẩm được đưa tới cơ cấu tháo dỡ để đẩy bột khô vào băng tải khí động 10 rồi tới xyclon tháo dỡ 13 bộ khô được lấy ra ở thùng chứa 12

Khí thải được quạt hút 6 đưa tới các bộ lắng bằng xyclon 11 rồi từ quạt hút 6 không khí thải được chuyển tới thiết bị lọc khí 1 và khí thải được đưa ra ngoài

2.3.4 Máy sấy phun kiểu trục quay

2.3.4.1 Máy sấy một trục ở áp suất thường

 Cấu tạo:

1.Ống xi phông 2.Tang quay 3.Bộ dẫn động 4.Dao cạo

5.Ống nối 6.Bộ khuấy trộn 7.Thùng trộn 8.Vít tải

Hình 12: Máy sấy một trục ở áp suất thường [6]

 Nguyên lý hoạt động:

Hơi được nạp vào bên trong tang quay 2 với bộ dẫn động 3 Một phần tang quay nằm trong thùng 7, dung dịch được cho vào đây qua ống nối 5 Bộ khuấy trộn 6 làm chuyển đảo dung dịch trong thùng và tráng 1,0 mm Khi tang quay một vòng thì lớp sảnlên tang quay một lớp có bề dày 0,1 phẩm sẽ kịp khô và bóc khỏi bề mặt tang nhờ các dao cạo 4 Vít 8 tải sản phẩm khô ra khỏi máy Hơi có áp suất đến 0,5 MPa được đưa vào qua cổ trục của tang quay, nước ngưng cũng được tháo ra qua chính cổ trục đó theo ống xifông 1

Số vòng quay của trục được điều chỉnh theo chế độ của động cơ có bốn tốc độ

2.3.4.2 Máy sấy hai trục ở áp suất thường

 Cấu tạo:

1.Vỏ khép kín 2.Tang quay 3.Ống xifông 4.Dao cạo

5.Ô 6&7 Vít tải 8.Khớp nối 9.Bộ dẫn động 10.Bộ dẫn động các trục

Hình 13: Máy sấy hai trục ở áp suất thường [6]

 Nguyên lý hoạt động:

Hai tang quay 2 với bề mặt được mài nhẵn, quay ngược chiều nhau với vòng quay 2÷ 10 vòng/phút trong vỏ khép kín 1 Một trong các tang quay được lắp trong các ổ cố định, điều đó cho phép điều chỉnh khe hở giữa các trục (tang quay) trong giới hạn 1 ÷ 2 mm.Trên các trục có các cơ cấu phun vào ô 5 để dùng quạt đẩy hơi được tách ra trong quá trình sấy Quá trình sấy và tháo sản phẩm sấy cũng được thực hiện như loại máy sấy một trục Bộ dẫn động các trục 10 gồm động cơ, hộp giảm tốc và truyền động bánh răng Sản phẩm được tách ra khỏi trục thường phải được sấy lại trong các máy sấy dạng vít tải 6 và

7, có áo ngoài và bộ khuấy trộn Bộ dẫn động 9 làm cho vít tải quay Sản phẩm khô được tháo ra qua khớp nối 8 Nước ngưng từ tang quay được tháo ra qua ống xifông 3, còn từ

bộ đun nóng qua cổ trục rỗng của vít và ống xifông Dùng dao 4 để tách sản phẩm ra khỏi

bề mặt trục

2.4 Một số thiết bị sấy phun trên thế giới

2.4.1 Máy sấy phun tạo hạt kiểu áp lực YPG

 Ứng dụng:

Thiết bị phù hợp cho các ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, bột màu, gốm, hóa

chất nông nghiệp, nhựa…

 Cấu tạo:

Các bộ phận của thiết bị như thân tháp sấy, đường ống, bộ phân li có tiếp xúc với liệu sấy đều được chế tạo bằng vật liệu SUS304 Giữa phần thân bên trong và vỏ ngoài có lớp bảo ôn, vật liệu chèn lót là bông thủy tinh siêu mịn, thân tháp sấy có thiết kế lỗ cửa quan sát, kính quan sát, nguồn sáng và đồng hồ đo kiểm tra, có bàn thao tác điều khiển

điện và hiển thị

Bộ phận nguồn nhiệt của thiết bị dùng bộ gia nhiệt điện hoặc gia nhiệt hơi

Hình 14: Máy sấy phun tạo hạt kiểu áp lực YPG [7]

 Nguyên lý hoạt động:

Nguyên liệu dạng lỏng được đưa vào thông qua bơm cao áp có màng ngăn, phun thành dạng hạt sương mù, sau đó được hạ xuống thấp cùng với không khí nóng, đại bộ phận bột được thu lại ở cửa xuất liệu ở đáy tháp sấy, phần khí thừa và một lượng bột rất nhỏ được phân li qua bộ phân li gió xoáy, khí thừa thoát ra ngoài qua quạt gió thải, phần bột được thu vào ống thu bột đặt bên dưới của bộ phân li gió xoáy, quạt gió ở cửa ra có thể lắp đặt bộ khử bụi hai cấp, tỷ lệ thu hồi đạt trên 96-98%

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 2: Thông số kỹ thuật máy YPG

Kiểu gia nhiệt Hơi nước nóng bão hòa+ tăng cường thêm điện hoặc

 Thông số kỹ thuật:

Bảng 3: Thông số kỹ thuật máy LPG

Tên/ký hiệu LPG-5 LPG-25 LPG-50 LPG-100 LPG-150 LPG-200 LPG-500

800-

LPG-1000 Năng suất bay hơi lớn

Công suất gia nhiệt

2.4.3 Máy sấy phun series ZLPG

Các phần có tiếp xúc với nguyên liệu được chế tạo bằng thép không gỉ (họăc toàn bộ được chế tạo bằng thép không gỉ) Thu hồi sản phẩm dùng xyclon

Hình 16: Máy sấy phun series ZLPG [7]

Bảng 4: Thông số kỹ thuật máy ZLPG

Kiểu loại ZLPG-13 ZLPG-17 ZLPG-25 ZLPG-32 ZLPG-38 ZLPG-40 ZLPG-47 ZLPG-52 ZLPG-58 Năng suất bay

sản

phẩm(kg/h)

1-2 2-4 4,8-7,2 9,2-14 14,8-22,4 18,4-28 28-42 36,8-56,4 55-85 Hàm lượng

Kiểu thu hồi

 Máy sấy phun mini B-290: ĐHQG TP.HCM

 Máy sấy phun sương KBC-SP-02: Xưởng cơ khí chính xác-Viện Cơ học và Tin

3.1.2 Tính toán, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

Trên cơ sở đạt được từ quá trình điều tra, khảo sát một số loại máy sấy phun sương tại khu vực TP.HCM tiến hành tính toán, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho năng suất 2 lít/giờ

3.2 Phương pháp

Dựa vào 2 phương pháp cơ bản:

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

 Phương pháp kế thừa: kế thừa các thành tựu nghiên cứu về máy sấy phun, các đặc tính của quá trình sấy v.v… của các tác gỉa trong và ngoài nước nhằm tiết kiệm

thời gian và chi phí nghiên cứu

 Phương pháp chọn mô hình vật lý: chọn các mô hình khảo sát đã có tại khu vực

TP HCM như khoa Công nghệ thực phẩm, Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trường trường ĐHNL TP.HCM, Xưởng cơ khí chính xác – Viện Cơ Học Và Tin Học Ứng Dụng TP HCM, để tiến hành bổ sung và hoàn chỉnh thiết

bị theo yêu cầu của thiết kế, tính toán hệ thống

 Phương pháp giải tích toán học : được sử dụng để giải quyết các bài toán giải tích trong quá trình tính toán, các quan hệ truyền nhiệt và bốc ẩm v.v

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tiến hành điều tra, khảo sát một số thiết bị sấy phun có mặt tại các cơ sở nghiên cứu

và sản xuất tại TP.HCM qua đó tìm hiểu sâu hơn cấu tạo chi tiết của từng bộ phận của hệ

thống sử dụng các dụng cụ hỗ trợ cho việc khảo sát như thước, máy ảnh, nhiệt kế…