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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT LÍT/GIỜ Họ tên sinh viên: NGUYỄN SƠN TÙNG Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Niên khóa: 2007-2011 Tháng năm 2011     TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY PHUN SƯƠNG DÙNG ĐỂ SẤY BỘT NHO NĂNG SUẤT LÍT/GIỜ Tác giả NGUYỄN SƠN TÙNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HUY BÍCH ThS LÊ QUANG GIẢNG Tháng năm 2011 i    LỜI CẢM ƠN Trong trình từ bắt đầu làm đề tài đến kết thúc thực đề tài, nhận giúp đỡ nhiều từ phía gia đình, thầy bạn bè Để hồn thành luận văn em xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc đến:  Đấng sinh thành dạy dỗ dưỡng dục cho trưởng thành ngày hôm cổ vũ cho mặt tinh thần  Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ, khoa Cơng Nghệ Thực Phẩm, Viện Nghiên cứu Công Nghệ Sinh Học Môi Trường thuộc trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho em thực để tài  Thầy TS Nguyễn Huy Bích, thầy Th.S Lê Quang Giảng, tận tâm nhiệt tình hướng dẫn bảo em  Cán công nhân viên đăc biệt Kỹ sư Nguyễn Tuấn Linh thuộc Xưởng khí xác-Viện học tin học Ứng dụng TP HCM, xưởng khí mơn Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đại học Công Nghiệp TP.HCM giúp đỡ em  Cuối thiếu bạn DH07NL chia sẻ giúp đỡ Trong trình làm đề tài em cố gắng nỗ lực tìm kiếm tài liệu trao đổi kiến thức với bạn bè Nhưng lần bước vào tính tốn hệ thống thiết bị chắn khơng thể tránh khỏi sai sót , em mong nhận quan tâm bảo thầy giáo ý kiến đóng góp bạn để đề tài hoàn thiện TP.HCM, ngày 11/6/2011 Sinh viên thực Nguyễn Sơn Tùng ii    TĨM TẮT Đề tài “Tính tốn, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho suất lít/giờ” tiến hành Bộ mơn Cơng nghệ Nhiệt Lạnh, Khoa khí-Cơng nghệ trường Đại học Nơng Lâm TP HCM, thời gian từ 14/3 đến 11/6 năm 2011 Bằng phương pháp điều tra khảo sát phân tích lý thuyết, đề tài tiến hành điều tra, khảo sát số thiết bị sấy phun có khu vực TP HCM sở đó, đề tài tiến hành tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun sương dùng để sấy bột nho suất lít/giờ Kết thu được:  Đề tài điều tra, khảo sát loại máy sấy phun sương địa điểm khác khu vực TP HCM, bao gồm máy nhập ngoại chế tạo nước với cỡ công suất khác  Tính tốn, thiết kế máy sấy phun sương dùng để sấy bột nho suất lít/giờ Hệ thống có thông số sau:  Điện áp sử dụng: 220/380 V, pha  Năng suất: lít/giờ  Kích thước buồng sấy: - Chiều cao: h = 1200 (mm) - Đường kính: d = 1000 (mm)  Sử dụng Calorifer với điện trở có cánh tản nhiệt để gia nhiệt cho khơng khí sấy, công suất điện trở Q = kW bố trí làm  Nhiệt độ sấy đầu vào: t1 = 140oC  Nhiệt độ khơng khí ra: t2 = 80oC  Sử dụng đĩa ly tâm có tốc độ: n = 25000 v/ph  Công suất quạt: N = HP  Độ ẩm sản phẩm: 3÷5% iii    DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MSPS MÁY SẤY PHUN SƯƠNG TNS TÁC NHÂN SẤY ĐHNL ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ĐHCN ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP ĐHQG ĐẠI HỌC QUỐC GIA GMP Good Manufacturing Practice Pr Tiêu chuẩn Prant Re Tiêu chuẩn Rayleigh Nu Tiêu chuẩn Nusselt 10 Gr Tiêu chuẩn Grashoft iv    DANH SÁCH HÌNH ẢNH SỐ TÊN HÌNH ẢNH TRANG Các buồng sấy sử dụng vòi phun Buồng sấy sử dụng đĩa văng cấp vật liệu sấy Kết cấu vòi phun khí Cấu tạo vòi phun khí động 10 Cấu tạo đĩa văng ly tâm 11 Đĩa văng nhiều tầng 11 Cấu tạo calorifer 12 Xyclon hệ thống sấy phun 13 MSPS đáy phẳng 15 10 MSPS có đáy hình nón 16 11 Hệ thống sấy phun tổ hợp 18 12 Máy sấy trục áp suất thường 19 13 Máy sấy hai trục 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 suất 0,5 kg/giờ 30 19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động MSPS suất 0,5 kg/giờ 31 20 Bảng điều hành MSPS mini B-290 33 21 MSPS mini B – 290 33 22 Sơ đồ nguyên lý hoạt động MSPS mini B-290 34 23 MSPS KBC-SP-02 35 24 Sơ đồ nguyên lý hoạt động MSPS KBC-SP-02 36 25 MSPS Labplant SD-Basic 39 26 Cấu tạo vòi phun máy sấy phun Labplant SD-Basic 39 v    27 MSPS Lab Plant SD-05 41 28 Buồng sấy 45 29 Quá trình sấy lý thuyết đồ thị I-d 45 30 Quá trình sấy thực tế 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 Xyclon 61 36 Cấu tạo MSPS suất lít/giờ 62 37 Sơ đồ bố trí hệ thống MSPS suất lít/giờ 64 vi    DANH MỤC BẢNG BIỂU SỐ TÊN BẢNG BIỂU TRANG Công thức phối trộn loại bột nho Thông số kỹ thuật máy YPG 22 Thông số kỹ thuật máy LPG 24 Thông số kỹ thuật máy ZLPG 26 Giá trị cường độ bốc 44 Quan hệ trị số C n 49 Bảng cân nhiệt hiệu suất sử dụng nhiệt 52 Kích thước Xyclon 61 vii    MỤC LỤC Trang tựa Error! Bookmark not defined Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Tóm tắt Error! Bookmark not defined Danh sách 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 MỞ ĐẦU 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Mục đích 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 nho 2.1.1.2 Thành phần cấu tạo 2.1.1.3 Công dụng nho 2.1.2 Tìm hiểu nho Ninh Thuận 2.1.3 Công thức pha trộn vật liệu sấy ( dịch thể nho) 2.2 Tìm hiểu máy sấy phun sương (MSPS) 2.2.1 Tổng quan MSPS 2.2.2 Cấu tạo chung 2.2.2.1 Bố trí buồng chế sấy phun 2.2.2.2 Các loại kết cấu tạo sương 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 máy sấy phun sương 14 viii    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 trục áp suất thường 18 2.3.4.2 Máy sấy hai trục áp suất thường 19 2.4 Một số thiết bị sấy phun 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 số máy sấy phun 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-cơng nghệ chế biến bột nho 29 4.2 Kết điều tra, khảo sát số loại máy sấy phun khu vực TP HCM 30 4.2.1 Máy sấy phun sương 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 tốn, thiết kế MSPS dùng để sấy bột nho suất 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 tốn cân nhiệt q trình sấy 43 4.3.4.1 Các liệu ban đầu 43 ix    4.3.5 Tính tốn chọn thiết bị phụ hệ thống sấy 4.3.5.1 Calorifer Với nhiệt độ sấy yêu cầu chọn phương pháp gia nhiệt điện trở có cánh tản nhiệt làm thép khơng gỉ Hình 31: Điện trở có cánh tản nhiệt [9] Nhiệt lượng mà điện trở cấp cho trình sấy: Q = 6549,2 W = 6,6 kW Để đảm bảo cho trình sấy bù vào chi phí mấ mát khác mà ta khơng tính hết nên ta tăng giá trị nhiệt lượng từ 10÷30% Ta chọn tăng lên 20% Q = 6,6*1,2 = 7,92 kW (4-37) Chọn Q = kW Dựa vào đặc tính điện trở đốt nóng có thị trường cơng suất thấp kW dựa vào lĩnh vực sử dụng ta chọn điện trở sấy chữ U400 làm inox có cánh tản nhiệt 220V – 3kW theo [9], với công suất kW Chọn công tắc tơ cho điện trở, phân làm cấp Lúc đầu chạy sau ổn định tới nhiệt độ cài đặt cho chạy – Sơ đồ bố trí sau: 53    Khơng khí Khơng khí vào Hình 32: Sơ đồ bố trí calorifer 4.3.5.2 Thiết kế đồ phun Sử dụng đĩa ly tâm với thông số sau:  Vật liệu chế tạo đĩa thép khơng gỉ, có độ chống mài mòn đem nhiệt luyện để đạt độ cứng  Đường kính đĩa chọn d = 50 mm  Về mặt lý thuyết xác định vận tốc vòng quay đĩa phun lớn khả phun sương cao nhiên số vòng quay lớn đòi hỏi cơng nghệ chế tạo cân động thiết bị phải đạt trình độ cao Đồng thời kết hợp với trình khảo sát máy có khu vực TP HCM, tơi chọn vận tốc vòng quay đĩa ly tâm từ 20000÷25000 vòng/ph  Vật liệu bơi trơn sử dụng mỡ chịu nhiệt  Ổ đỡ sử dụng vòng bi cao tốc SKF 54    Bom mo Dich thê ? Hình 33: Đĩa văng ly tâm 1.Vòi phun 2.Ống nạp liệu Các ống dẫn mỡ 3.Trục quay 4.Đĩa văng 5.Ổ bi 7.Muay Vòng chắn mỡ Cơng suất tiêu thụ động quay đĩa: N = 1.91*10-3*G*w2 (4-38) Trong đó: G – lưu lượng khối lượng dịch thể, G = 4,8583 kg/h = 0,00135 kg/s w – tốc độ quay đĩa, m/s w v * 2 * R 20000 * * 3,14 * 25 *10 3  = 52,3 m/s 60 60 (4-39)  N = 1,91*10-3*0,00135*52,32 = 7,05*10-3 kW = 7,05 W Do mát lượng qua truyền nên ta chọn công suất motor đĩa phun HP  Việc điều khiển tốc độ đĩa phun tiến hành nhờ biến tần 4.3.5.3 Quạt cách chọn quạt a).Các loại quạt dùng hệ thống sấy Để vận chuyển TNS hệ thống sấy thường dùng hai loại quạt: quạt ly tâm quạt hướng trục 55    Chọn loại quạt số hiệu phụ thuộc vào đặc trưng hệ thống sấy, trở lực p mà quạt phải khắc phục, suất V mà quạt cần tải nhiệt độ độ ẩm TNS Khi chọn quạt giá trị cần xác định hiệu suất quạt b).Cách chọn quạt ● Xác định cột áp toàn phần p Cột áp toàn phần p kết tính trở lực hệ thống sấy Trở lực hệ thống sấy gồm: Trở lực qua calorifer p c ; trở lực qua đường ống dẫn TNS p ô ; trở lực qua thiết bị lọc bụi (xyclon) p x ; trở lực qua thiết bị sấy p s ; áp suất động khí thoát p d p = p c + p ô + p x + p s + p d (4-40) ●Tính tốn đường ống dẫn tác nhân sấy Dựa theo điều tra khảo sát hệ thống máy sấy phun sở chọn sơ chiều dài toàn đường ống bao gồm từ buồng sấy tới xyclon từ xyclon tới quạt chiều dài là: L = m Chọn đường kính ống lớn độ ồn giảm chi phí đầu tư lớn khó khăn cho việc lắp đặt, chọn đường kính ống nhỏ chi phí đầu tư thấp trở lực hệ thống lớn độ ồn cao, kết họp với khảo sát máy sấy phun ta chọn đường kính ống: dtd = 70 mm X Y C L O N QUAT BUONG SAY Hình 34: Hệ thống đường ống 56    Tiết diện ống dẫn tác nhân sấy:  *d2 F= 3,14 * 0,07  = 0,0038 m2 (4-41) + Nhiệt độ khơng khí đoạn ống từ buồng sấy tới xyclon t = 80oC, tương ứng  =1 kg/m3, Khi đó: Lưu lượng khơng khí đoạn ống này: Vkk1 = Gkk 197,3  = 0,054 m3/s  * 3600 * 3600 (4-42) Tốc độ tác nhân sấy đoạn ống này: 1  Vkk1 0,054  = 14,2 m/s F 0,0038 (4-43) +Nhiệt độ khơng khí đoạn ống từ xyclon tới miệng quạt lấy t = 60oC, tương ứng  = 1,0145 kg/m3 Khi đó: Lưu lượng khơng khí đoạn ống từ xyclon tới quạt: Vkk2 = Gkk 197,3  = 0,05 m3/s  * 3600 1,0145 * 3600 Tôc độ tác nhân sấy đoạn ống này: 2  Vkk 0,05  = 13,1 m/s F 0,0038 Vậy tốc độ tác nhân sấy toàn đường ống:  1   2  14,2  13,1 = 13,65 m/s (4-44) Trở lực qua đường ống dẫn TNS p ô p ô = P1  P2 (4-45) Trong đó: P1 - trở lực ma sát dòng tác nhân sấy thành ống [10] P1 =  * L * k * (4-46) d td * * g Với: 57    +- Hệ số tổn thất ma sát + L - Chiều dài ống L = m + dtđ – Đường kính tương đương ống, dtđ = 0,07 m +  - Tốc độ khơng khí ống  = 13,65 m/s + - Khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ 80 0C Tra bảng Thông số vật lý không khí khơ [8]  k = kg/m3;  =21,09*10-6 m2/s Khi đó: Re = .d 13,65 * 0,07 =  4,5*104 6  21,09 *10 (4-47) Theo [11] với ống inox bề mặt láng, tiết diện tròn Re