thiết kế thiết bị sấy phun sấy cafe

n nay thiết bị sấy phun được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như sấy sản xuất bột cam, bột đậu nành, sữa bột, … và đặc biệt trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan vì nó cho chất lượng sản phẩm cao và thời gian sấy ngắn mà các bị khác không đáp ứng được Sau một thời gian tìm hiểu về đề tài thì em xin có một vài nhận xét về ưu điểm: + Công nghệ này có thể sấy được các loại vật liệu dạng dung dịch, dạng huyền phù với thời gian sấy rất nhanh. + Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, không cần nghiền, và chất lượng hầu như không bị biến đổi nhiều so với ban đầu. + Thiết bị dễ dàng tự động hóa Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn có một số nhược điểm: + Chi phí năng lượng cho quá trình sấy lớn. + Thiết bị khó gia công, khó chế tạn nay thiết bị sấy phun được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như sấy sản xuất bột cam, bột đậu nành, sữa bột, … và đặc biệt trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan vì nó cho chất lượng sản phẩm cao và thời gian sấy ngắn mà các bị khác không đáp ứng được Sau một thời gian tìm hiểu về đề tài thì em xin có một vài nhận xét về ưu điểm: + Công nghệ này có thể sấy được các loại vật liệu dạng dung dịch, dạng huyền phù với thời gian sấy rất nhanh. + Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, không cần nghiền, và chất lượng hầu như không bị biến đổi nhiều so với ban đầu. + Thiết bị dễ dàng tự động hóa Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn có một số nhược điểm: + Chi phí năng lượng cho quá trình sấy lớn. + Thiết bị khó gia công, khó chế tạ

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Nguyên liệu – Cà phê 1.1.2 Nguyên liệu phụ 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất 1.2.1 Sơ đồ khối 1.2.2 Thuyết minh quy trình 1.3 Tổng quan công nghệ sấy phun 10 1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun 10 1.3.2 Cấu tạo thiết bị sấy phun 11 1.3.3 Nguyên lý hoạt động 11 1.4 Tổng quan tác nhân sấy 12 1.4.1 Không khí ẩm 12 1.4.2 Khói lò 12 1.4.3 Hơi nhiệt 13 1.5 Tổng quan chất tải nhiệt 13 1.5.1 Hơi nước 13 1.5.2 Nước nóng 13 1.5.3 Chất lỏng hữu 13 1.5.4 Khói lò 13 1.5.5 Điện 14 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 14 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 14 2.2 Các thông số ban đầu 15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 15 3.1 Tính cân vật chất 15 3.2 Tính tốn trình sấy lý thuyết 16 3.2.1 Thơng số khơng khí 16 3.2.2 Thơng số khơng khí ngồi trời – Trạng thái 16 3.2.3 Thơng số khơng khí sau qua calorifer – Trạng thái 17 3.2.4 Thơng số khơng khí sau sấy lý thuyết – Trạng thái 17 3.2.5 Sấy lý thuyết 18 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 18 4.1 Vòi phun 18 4.2 Đường kính thiết bị sấy 19 4.3 Thể tích thiết bị sấy 20 4.3.1 Xác định độ chênh lệch nhiệt đô trung bình 20 4.3.2 Xác định nhiệt lượng VLS nhận 21 4.3.3 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích 21 4.4 Xác định thời gian sấy 22 4.4.1 Thời gian lưu 22 4.4.2 Thời gian sấy 23 4.5 Tính bền cho thiết bị sấy 23 4.5.1 Thân thiết bị 23 4.5.2 Đáy nắp thiết bị 24 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY THỰC 26 5.1 Tính tổn thất nhiệt 26 5.2 Tính lại thơng số q trình sấy thực 29 5.3 Kiểm tra lại giả thiết tác nhân sấy 30 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 30 6.1 Tính calorifer 30 6.1.1 Các thông số ống 30 6.1.2 Các thông số khơng khí 30 6.1.3 Các thơng số khói lò 31 6.1.4 Các thông số calorifer 31 6.1.5 Lượng nhiên liệu tiêu tốn 33 6.2 Tính chọn cyclone lắng 34 6.3 Tính chọn quạt 35 6.3.1 Tính ống dẫn khí 35 6.3.2 Trở lực từ quạt đến calorifer 36 6.3.3 Trở lực calorifer 36 6.3.4 Trở lực từ calorifer đến buồng sấy 37 6.3.5 Trở lực thiết bị sấy 38 6.3.6 Trở lực đột mở, đột thu: 38 6.4 Tính chọn bơm 39 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Nguyên liệu – Cà phê  Cấu tạo cà phê - Lớp vỏ quả: lớp vỏ ngồi cùng, mềm mỏng, có màu xanh đỏ violet hay đỏ đậm chín - Lớp vỏ thịt: nằm lớp vỏ - Lớp vỏ thóc: cứng, nhiều xơ, bao bọc xung quanh nhân - Vỏ lụa: lớp vỏ nằm sát nhân cà phê, màu sắc đặc tính khác phụ thuộc vào loại cà phê - Nhân cà phê: nằm Lớp tế bào phần nhân cứng, tế bào nhỏ, chứa dầu Phía có tế bào lớn, mềm  Thành phần nhân cà phê: Trong nhân cà phê nước chiếm 10-12%, protein chiếm 9-11%, lipid chiếm 1013%, loại đường chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5% Ngồi nhân chứa chất thơm, alkaloid Thành phần hóa học nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến bảo quản - Nước: Trong nhân cà phê sấy khô, nước lại 10-12% dạng liên kết Khi hàm lượng nước cao hơn, loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt Mặc khác, hàm lượng nước cáo làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trình rang, tốn nhiều nhiên liệu làm tổn thất hương cà phê Hàm lượng nước cà phê sau rang 2,7% - Chất khống Hàm lượng chất khoáng cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu Kali, Nitơ Magie, Photpho, Clo Ngồi thấy nhôm, sắt, đồng, Iod, lưu huỳnh, … Những chất ảnh hưởng không tốt đến mùi cà phê Chất lượng cà phê cao hàm lượng chất khoáng thấp ngược lại - Glucid Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại phận không tham gia vào thành phần nước uống mà cho màu vị caramel Đường có cà phê q trình thủy phân tác dụng acid hữu enzyme thủy phân Hàm lượng saccharose có cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: chín hàm lượng saccharose cao Saccharose bị caramel hóa trình rang nên tạo hương vị cho nước cà phê Hạt cà phê chứa nhiều polysaccharide phần lớn bị loại bã cà phê sau q trình trích ly - Protein Hàm lượng protein cà phê khơng cao đóng vai trò quan trọng việc hình thành hương vị sản phẩm Bằng phương pháp thủy phân, người ta thấy thành phần protein cà phê có acid amin sau: cysteine, alanine, phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine, … Các acid amin thấy trạng thái tự do, chúng thường dạng liên kết Khi gia nhiệt, mạch polypeptide bị phân cắt, acid amin giải phóng tác dụng với tác dụng với chất tạo mùi vị cho cà phê rang - Lipid Hạt cà phê chứa lượng lipid lớn (10-13%) Lipid cà phê gồm chủ yếu dầu sáp Trong sáp chiếm 7-8% tổng lượng lipid, dầu chiếm 90% Trong q trình chế biến, lipid bị biến đổi, song phần acid béo tham gia phản ứng tác dụng nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi dung mơi tốt hòa tan chất thơm Khi pha cà phê lượng nhỏ lipid vào nước, phần lớn lưu lại bã - Các alkaloid Trong cà phê có alkaloid cafein, trigonellin, colin Trong quan trọng nghiên cứu cafein trigonellin + Cafein: Chiếm từ 1-3%, phụ thuộc vào chùng loại, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác Hàm lượng cafein thấp chè kích thích hệ thần kinh với thời gian dài uống cà phê tốc độ lưu thông máu không tăng lên nên cafein thải chậm, mặt khác pha cà phê nước, cafein giải phóng hồn tồn trạng thái tự do, khơng hình thành chất có khả kết tủa chất khơng có hoạt tính alkaloid + Trigonellin alkaloid khơng có hoạt tính sinh lý, tan rượu etylic, khơng tan clorofoc ete, tan nhiều nước nóng, nhiệt độ nóng chảy 218oC Tính chất đáng q trigonellin tác dụng nhiệt độ cao bị thủy phân tạo thành acid nicotic (tiền vitamin PP) Nhiều kết nghiên cứu cho thấy cà phê nhân khơng có acid nicotic hình thành q trình gia nhiệt, nhiệt phân trigonellin giữ vị trí quan trọng - Chất thơm Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, hình thành tích lũy hạt Sự tích lũy chịu nhiều yếu tố đất đai, khí hậu chủng loại cà phê Mặt khác, hình thành trình chế biến, đặc biệt trình rang Chất thơm bao gồm nhiều cấu tử khác nhau: acid, aldehyde, cetone, rượu, phenol, este Trong trình rang, chất thơm ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm Các chất thơm cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi dẫn đến tượng cà phê bị mùi thơm 1.1.2 Nguyên liệu phụ - Nước: nước dùng sản xuất thực phẩm phải trong, không màu không mùi vị đạt tiêu chuẩn cho phép - Bột sữa gầy: sản phẩm thu từ trình tách nước sữa tiệt trùng Bột sữa gầy chứa không 5% hàm lượng ẩm không 1,5% hàm lượng béo (tính theo trọng lượng), trừ trường hợp khác Bột sữa gầy phối trộn vào bột cà phê hòa tan để thay đổi màu sắc vốn có cà phê, làm cho bột cà phê mềm, mịn hạn chế vị đắng cà phê - Đường tinh luyện: đường saccharose tinh chế kết tinh có độ Pol 99,8% theo TCVN 6958-2001 Đường tinh luyện bổ sung vào cà phê hòa tan để làm giảm bớt vị đắng cà phê 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất 1.2.1 Sơ đồ khối Cà phê nhân Làm Xử lý dịch chiết Phối trộn Cô đặc Rang Sấy phun Xay Tạo hạt Trích ly Phối trộn Tách hương Bao gói Sản phẩm 1.2.2 Thuyết minh quy trình 1.2.2.1 Làm - Mục đích: loại tạp chất khỏi nguyên liệu cà phê nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm cuối - Phương pháp thực hiện: phân loại theo kích thước sàng, phân loại theo tỷ trọng động phân loại theo từ tính 1.2.2.2 Phối trộn - Mục đích: Hồn thiện: nhằm đa dạng hóa sản phẩm đáp ứng yêu cầu người sử dụng - Phương pháp thực hiện: loại cà phê khác phối trộn theo công thức để tạo nên hương vị đặc trưng riêng cho sản phẩm 1.2.2.3 Rang - Mục đích: tạo nên hương vị màu sắc đặc trưng cho cà phê Ngoài trình rang xảy nhiệt độ cao làm giảm độ ẩm cà phê, tiêu diệt vi sinh vật ức chế phản ứng hóa sinh - Phương pháp thực hiện: trình thực áp suất thường Tác nhân cung cấp nhiệt: khơng khí, bề mặt kim loại nóng hay tia xạ - Thông số công nghệ: Nhiệt độ từ 180-240oC Thời gian không 1.2.2.4 Nghiền - Mục đích: giảm kích thước hạt cà phê, chuẩn bị tạo điều kiện thuận lợi cho q trình trích ly Ngồi ra, tạo điều kiện cho số khí (đặc biệt CO2) sinh trình rang bị giữ lại bên hạt thoát ngồi, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình bao gói - Phương pháp thực hiện: Sử dụng thiết bị thiết bị xay có lăn có cưa để cắt với nhiều kiểu dáng khác Trong nghiền nên thêm nước (bằng cách phun ẩm) để tạo thuận lợi cho q trình trích ly nước sau Ngồi ra, người ta sử dụng phương pháp nghiền lạnh đông - Thiết bị: thiết bị nghiền cà phê loại máy nghiền hạt (đơi gọi máy xay) Sau trình nghiền, bột cà phê đưa tới ray Các thành phần có kích thước q lớn hoàn lưu trở máy nghiền Hai loại máy nghiền thường sử dụng máy nghiền trục trơn máy nghiền - Thông số công nghệ: Độ ẩm nguyên liệu vào 1-2% Kích thước hạt sau nghiền 1000μm 1.2.2.5 Trích ly - Mục đích: nhằm khai thác chất hòa tan bột cà phê Đây giai đoạn quan trọng, định đến chất lượng, hương vị sản lượng cà phê hòa tan - Phương pháp thực hiện: cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê rang thiết bị, chất hòa tan tan vào nước tách để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã cà phê sấy khô - Thông số công nghệ: + Tỷ lệ nước bột cà phê: 3:1 + Nhiệt độ nước: nước nóng 100oC Trong suốt q trình nhiệt độ nước lên đến 180oC + Áp suất trì mức cao để nước thể lỏng, khoảng 10atm +Nồng độ dịch chiết: 15-30% 1.2.2.6 Xử lý dịch chiết - Mục đích: Làm dịch chiết nhằm chuẩn bị cho trình đặc diễn tốt - Phương pháp thực hiện: dịch chiết có nhiệt độ cao làm lạnh nhiệt độ 5oC, sau lọc tinh để gạn tạp chất thô, tách cặn - Thiết bị: Làm lạnh thiết bị dạng mỏng Và tách cặn, hợp chất keo tụ thiết bị ly tâm dạng đĩa 1.2.2.7 Tách hương - Mục đích: Trong q trình xử lý nhiệt độ cao (trích ly, đặc, …) xảy tượng tổn thất cấu tử hương Do đó, cà phê xử lý để tách cấu tử hương Hương bổ sung trở lại sản phẩm cà phê hòa tan q trình tạo hạt - Phương pháp thực hiện: tách hương khí trơ Dịch trích cà phê sau rời khỏi thiết bị trích ly thường có nhiệt độ cao khoảng 100 – 130oC đưa vào thiết bị tách hương 1.2.2.8 Cơ đặc - Mục đích: nâng cao nồng độ chất khơ có dịch trích nhằm tăng hiệu trình sấy - Phương pháp thực hiện: cô đặc dạng màng rơi Điểm quan trọng trình sử dụng nhiệt độ bốc thấp để tránh phá hủy dịch trích cà phê, thiết bị bốc nên có giai đoạn để tiết kiệm lượng - Thông số công nghê: + Nhiệt độ: 35-80oC + Áp suất tuyệt đối: 40-360mmHg 1.2.2.9 Sấy phun - Mục đích: tách nước để thu hồi sản phẩm dạng bột Sản phẩm thường có độ ẩm từ 2-5% - Phương pháp thực hiện: thực trình sấy phun chiều với tác nhân sấy khơng khí nóng gia nhiệt - Thông số công nghệ: + Nhiệt độ tác nhân sấy: 180-250oC + Độ ẩm bột sau sấy: 2-5% 1.2.2.10 Tạo hạt - Mục đích: làm cho kích thước hạt tăng lên, giúp hạt cà phê dễ hòa tan - Phương pháp thực hiện: Bột cà phê hòa trộn với chất lỏng dạng phun sương kết dính lại với tạo nên hạt cà phê với kích thước đồng hơn, tránh để sót bụi cà phê sản phẩm 1.2.2.11 Phối trộn - Mục đích: nhằm bổ sung nguyên liệu phụ đường, sữa bột, loại bột kem, … vào bột cà phê nhằm cải thiện giá trị cảm quan sản phẩm - Phương pháp thực hiện: Thực máy trộn thùng quay Quá trình tẩm hương liệu (các loại hương có nguồn gốc từ cà phê nguồn gốc khác) thực sau phối trộn xong nguyên liệu phụ 1.2.2.12 Bao gói - Mục đích: hồn thiện bảo quản - Phương pháp thực hiện: Đóng gói có nạp khí N2, CO2, … để bột cà phê khỏi bị oxy hóa, chất dầu khỏi bị ơi, vi sinh vật khó xâm nhập 1.3 Tổng quan cơng nghệ sấy phun 1.3.1 Giới thiệu công nghệ sấy phun - Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu tác dụng nhiệt Trong trình sấy, nước tách khỏi vật liệu nhờ khuếch tán do: + Chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu + Chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu mơi trường - Mục đích q trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu - Sấy phun công nghệ sấy đặc biệt khả sấy trực tiếp nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột - Hệ thống sấy phun hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu sấy dạng dung dịch huyền phù, ví dụ cơng nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê hòa tan,… Cấu tạo chủ yếu hệ thống sấy phun gồm phận gia nhiệt tác nhân sấy, bơm dịch thể, buồng sấy hình trụ với vòi phun cuối cyclone để thu hồi sản phẩm Dung dịch phun thành dạng sương vào buồng sấy, q trình sấy diễn nhanh đến mức khơng kịp đốt nóng vật liệu lên giới hạn cho phép, sử dụng tác nhân sấy nhiệt độ cao Sản phẩm thu dạng bột mịn - Nhiệt độ dòng khí lên đến 750oC phụ thuộc vào tính chịu nhiệt vật liệu Dòng khí khỏi thiết bị sấy phải qua hệ thống cyclone để thu hồi bụi sản phẩm bị lơi theo Việc tuần hồn khí thải để tiết kiệm trường hợp không thực tế trình thu hồi bụi nhiệt nhiều - Ưu điểm: sấy nhanh, sản phẩm thu dạng bột mịn, chi phí điều hành tương đối thấp, tháp sấy có suất lớn 10 K  1    b1  b3 1  b2 2 1 1 0,1    5,84 2,87 0, 0025  0, 001 0, 035 16,3  2,85(W / m K ) Xác định Δt t1  t1  tn  210  65  145O C t2  ttb  tk  142,5  30  112,5O C t  t1  t2 145  112,5   146,52o C t 145 ln ln 112,5 t2 Xác định F F   Dn H  D n  3,14.3, 050.3,5  3,14.3, 0502  154, 22m2 Tổn thất nhiệt môi trường Qmt  K F.t  2,85.58,61.146,52  29874,15(kJ / h) qmt  Qmt 29874,15   90,53(kJ / kg ) W 330  Nhiệt lượng vật liệu ẩm mang vào Qa  W.Cn tv1  330.4,186.45  48162(kJ / h) qa  Qa 48162,1   146(kJ / kg ) W 330  Các tổn thất nhiệt   qa  qmt  qvl (CT 5.15 / 61 [4])  146  90,53  62,89  7, 47 ( kJ / kg ) h2 < h1: trạng thái tác nhân sấy sau trình sấy thực nằm đường h = h1 5.2 Tính lại thơng số q trình sấy thực Cdx (0) (t1  t2 ) 1,042.(210  75) d  d0   0,02   0,074(kg / kgkkk ) r  C ph t2   2500  1,842.75  7, 47 h2  1,004.t1  d2 (2500  1,842.t1 )  1,004.210  0,074(2500  1,842.210)  269, 44(kJ / kgkkk ) - Độ ẩm tương đối sau sấy thực: 29 2  p.d 0,98.0,074   27,32% pbh (0,621  d2 ) 0,38.(0,621  0,074) - Lượng khơng khí tiêu hao thực tế: lo  1   18,81(kgkkk / kg ) d  d1 0, 074  0, 02 Lo  W.lo  330.18,81  6208,54(kgkkk / h) - Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp Qo  Lo (h1  h0 )  6208,54.(269,83  82,34)  1164075(kJ / h) 5.3 Kiểm tra lại giả thiết tác nhân sấy - Nhiệt lượng tiêu hao: q  lo (h1  ho )  18,81.(269,83  82,34)  3527,5(kJ / kgkkk ) - Nhiệt lượng có ích: q1  r  C ph t2  Ca t vl1  2500  1,842.75  4,186.45  2449,78(kJ / kg ) - Tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang q2  lo Cdx (o) (t  t )  18,81.1,042.(75  30)  881,875(kJ / kg ) - Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ q '  q1  q2  qvl  qmt  2449,78  881,875  62,89  90,53  3485(kJ / kg) q  q  q '  3527,5  3485  42,5 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 6.1 Tính calorifer 6.1.1 Các thơng số ống Chọn loại ống thép dùng làm ống truyền nhiệt có: - Hệ số dẫn nhiệt: λ = 50,2 (W/m.K) - Đường kính ống: d1 = 34 (mm), d2 = 40 (mm) - Ống đặt song song - Bước ống: s1 = s2 = 1,5d2 6.1.2 Các thông số không khí - Lượng khơng khí thiết bị: G2’= Lo = 6191 (kg/h) = 1,72 (kg/s) - Không ống thép với vận tốc ω2 = 20 (m/s) - Nhiệt độ khơng khí ban đầu t’f2 = 30oC 30 - Khơng khí vào calorifer gia nhiệt lên t’’f2 = 230oC (xem tổn thất nhiệt từ calorifer đến tháp 20oC) - Nhiệt độ trung bình khơng khí: t f  0,5.(t '' f  t ' f )  0,5.(230  30)  130(o C ) + Khối lượng riêng: ρf2 = 0,874 (kg/m3) + Độ nhớt động: υf2 = 26,74.10-6 (m2/s) + Hệ số dẫn nhiệt: λf2 = 16,35.10-2 (W/m.độ) + Nhiệt dung riêng: Cp2 = (kJ/kg) + Chuẩn số Prandl: Pr1 = 0,6855 - Nhiệt lượng mà không khí nhận được: Q2  G2' C p (t '' f  t ' f )  1,72.1.(230  30)  344(kW ) 6.1.3 Các thông số khói lò - Khói lò ống thép với vận tốc ω1 = 22 (m/s) - Lưu lượng: G’1 = (kg/s) - Nhiệt độ: t’f1 = 500oC - Để xác định gần nhiệt độ trung bình khói lò sau trao đổi nhiệt với khơng khí, giả sử nhiệt độ tf1 = 475oC (Cpf1 = 1,1753 (kJ/kg.độ)) - Nhiệt lượng mà khói lò truyền cho khơng khí Q1  G '1 C p1.(t ' f  t '' f ) Với Q1 = Q2 nhiệt lượng mà không khí nhận Q2 344  t '' f  t ' f   500   451, 2(o C ) G '1 C p1 6.1,1753 - Nhiệt độ trung bình khói lò tính lại t ' f  t '' f 500  451, tf1    475,61(o C ) 2 → Vậy chọn nhiệt độ trung bình khói lò 475oC hợp lý - Thơng số vật lý khói lò tf1 = 475,61oC: + Khối lượng riêng: ρf1 = 0,4869 (kg/m3) + Nhiệt dung riêng: Cp1 = 1,1753 (kJ/kg) + Hệ số dẫn nhiệt: λf1 = 6.10-2 (W/m.độ) + Độ nhớt động học: υf1 = 65.10-6 (m2/s) + Chuẩn số Prandl: Pr1 = 0,636 6.1.4 Các thông số calorifer - Chuẩn số Reynolds khói lò:  d 22.0, 034 Re f  1   11508 f1 65.106 - Với giá trị Re trên, ta có: 31 Nu   Nu  8.0, 6360,43  6,58 0,43 Pr1 - Hệ số cấp nhiệt phía khói lò  f 1.d1 Nu  f  f1  Nu. f d1 6,58.6.102   11, 62 (W / m2 K ) 0, 034 - Phía khơng khí  d 20.0,04 Re f  2   28162 f 26,74.106 - Khơng khí calorifer theo phương vng góc với chùm ống trường hợp chuẩn số Nu là: Nu  0, 41.Re f 10,6 Pr10,35  0, 41.7846,150,6.0,6360,35  120 - Hệ số cấp nhiệt phía khơng khí  f d Nu  f f2  Nu. f d2 112.16,35.102   50, 7(W / m2 K ) 0, 04 - Hệ số truyền nhiệt tổng quát cho calorifer K 1     f1  f   1 0, 04  0, 034   11, 62 50, 50,  9,94 (W / m2 K ) - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit Trong calorifer dòng khơng khí dòng khói lò trao đổi nhiệt giao dòng với cách hỗn độn calorifer có nhiều ngăn đổi hướng dòng khí phía ngồi ống Lúc chênh lệch nhiệt độ trung bình lớn trường hợp xuôi chiều nhỏ trường hợp ngược chiều tính theo cơng thức sau t  tng  Trong đó: Δtng = tf1 – tf2 = 475 – 130 = 345 (oC) ε: hệ số hiêu chỉnh t ' f  t '' f 500  451 R   0, 24 t '' f  t ' f 230  30 t '' f  t ' f 230  30 P   0, 42 t ' f  t ' f 500  30 32 Từ hệ thông số trên, dựa vào đồ thị thực nghiệm V.7/8 [2], tra được: ε = Suy ra, tính được: t  tng   345.1  345(o C ) - Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Q 344 F   100, 28(m2 ) K t 9,94.345 - Diện tích mặt ngồi ống: F1  2 dtb L  2 0,5(0,034  0,04).1  0, 23(m2 ) Chọn L = 1m với L chiều dài thiết bị - Tổng số ống cần thiết cho thiết bị truyền nhiệt F 100, 28 n   431,59 F1 0, 23 Chọn n = 432 ống - Bố trí số ống dãy số dãy, nên số dãy m  n  432 21 - Khoảng cách ống đến calorifer a = 0,01m - Bước ống: s  1,5.dtb  1,5.0,5.(0,034  0,04)  0,055(m) - Chiều rộng thiết bị: B  s.(m 1)  2a  0,0555.(21 1)  2.0,01  1,13(m) - Chọn B = 1,3m - Chiều cao thiết bị: A = B = 1,3m 6.1.5 Lượng nhiên liệu tiêu tốn - Lưu lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy: G’2 = 6191 (kg/h) - Nhiên liệu dùng để đốt dầu FO có thành phần chủ yếu paraffin từ C14C17: Nguyên tố C H O N S A W Phần trăm 82,98 12,38 0,74 1,12 2,77 0,01 - Lượng khơng khí khơ cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Lo  0,115C  0,346 H  0, 043( S  O) (CT 2.5 / 83 [9])  0,115.82,98  0,346.12,38.0, 043.(2, 77  0, 74)  13,9(kgkkk / kg ) - Nhiệt trị cao dầu FO Qc  339.C  1256.H  109.(O  S ) (CT 2.3 / 83 [9])  339.82,98  1256.12,38  109.(0, 74  2, 77)  43900( kJ / kg ) - Sau cháy với dầu trở thành khói lò, dẫn vào buồng hòa trộn với khơng khí ban đầu để có nhiệt độ mong muốn Quá trình đặc trưng hệ số dư khơng khí Q   Cnl tnl  (9 H  W).ha  [1  (9 H  A  W)].C pk t pk   c bd (CT 2.6 / 85 [9]) Lo [do (ha  hao )  C pk (tk  to )] Trong 33 ηbd = 0,9: hiệu suất buồng đốt Qc: nhiệt trị cao nhiên liệu Cnl, tnl: nhiệt dung riêng nhiệt độ nhiên liệu (Cnl = 1,27kJ/kg.K, tnl = 29oC) Cpk, tk: nhiệt dung riêng nhiệt độ khói lò (Cpk = 1,182 kJ/kg/K, tpk = 500oC) ha, hao: enthanpy nước chứa khói lò sau buồng hòa trộn enthanpy khơng khí ngồi trời (ha = 3478 kJ/kg, hao = 2552 kJ/kg) do,to: hàm ẩm nhiệt độ ban đầu khơng khí (do = 0,02kg/kgkkk), to = 30oC) W: lượng nước có nhiên liệu A: hàm lượng tro có nhiên liệu  43900.0,9  1, 27.29  (9.0,1238  104 ).3478  [1  (9.0,1238  104 )].1,182.500  4, 48 13,9.(0,02.(3478  2552)  1,182.(500  30)) - Lượng khơng khí khơ sau buồng hòa trộn cần thiết Lk    Lo  (9 H  W  A) (CT 3.8 / 85 [9])   4, 48.13,9  (9.0,1238  104 )  62, 2( kgkkk / kgnl ) - Lượng nhiên liệu tiêu tốn G' 6191 B   99,5(kg / h) Lk 62, - Thể tích nhiên liệu tiêu tốn cho trình sấy B 99,5 Vd    108, 2(l / h) d 0,92 6.2 Tính chọn cyclone lắng - Hệ bụi dòng khơng khí có nhiệt độ kkhoảng 55oC (ρ =1,014 kg/m3) chứa hạt mịn sản phẩm sấy phun với kích thước bé khoảng 105μm - Lưu lượng khí vào cyclone: Lo = 6191 kg/h Vk  6191  1, 69(m3 / s) 3600.1, 014 - Chọn cylone có ΔP/ρ=740 hệ số trở lực ξ=100 - Tốc độ quy ước v'  2.P 2.740   3,8(m / s)   100 - Đường kính cyclone D 4.Vk 4.1, 69   0, 75(m)  v '  3,8 - Trở lực cyclone 34 P   .v '2  100 1, 014.3,82  750, 6( N / m2 ) - Chọn cylone có đường kính D = 0,8m - Chiều rộng cửa vào: b = 0,21D = 0,21.0,8 = 0,168 (m) - Chiều cao cửa vào: h = 0,66D = 0,66.0,8 = 0,528 (m) - Đường kính ống tâm: = 0,58D = 0,58.0,8 = 0,464 (m) - Chiều cao vỏ trụ: H1 = 1,6D = 1,6.0,8 = 1,28 (m) - Chiều cao nón: H2 = 2D = 2.0,8 = 1,6 (m) 6.3 Tính chọn quạt 6.3.1 Tính ống dẫn khí - Ống dẫn khí vào + Vận tốc khí vào: ωv = 22 m/s + Lưu lượng khí vào: L = 6191 kg/h Vv  L 6191   2,15(m3 / s) 3600. 3600.0,8 + Tiết diện ống vào Av  V v  2,15  0,107 (m2 ) 22 + Đường kính ống dv  Av   4.0,107   0,37 (m) - Ống dẫn khí + Vận tốc khí ra: ωr = 20 m/s + Lưu lượng khí ra: Vr  L 6191   1, 65(m3 / s) 3600. 3600.1, 044 + Tiết diện ống Ar  V r  1, 65  0,11(m2 ) 20 + Đường kính ống dr  Ar   4.0,11   0,374(m) - Chọn ống dẫn khí có đường kính 0,4m = 400mm 35 6.3.2 Trở lực từ quạt đến calorifer - Chọn khoảng cách từ quạt đến calorifer 1m - Thông số ban đầu: + Nhiệt độ: to = 30oC + Khối lượng riêng: ρo = 1,164 kg/m3 + Độ nhớt động học: ν = 16,15.10-6 (m2/s) - Vận tốc dòng khí thổi ống:  4.Lo 4.6191   11, 75(m / s) .  1,164.3,14.0, 42.3600 Re  . 11, 45.0,   2,9.105 6  16,15.10 - Vì Re > 104 nên chế độ chảy rối   Re gh      8/7 8/7  0,    3   0,5.10   1, 2.104 (CT II 60 / 378 [1]) (chọn ống thép,  = 0,5mm: độ nhám tuyệt đối)   Ren  220     9/8  0,   220  3   0,5.10  9/8  4, 05.105 (CT II 62 / 379 [1]) - Ta thấy, Regh < Re < Ren nên hệ số ma sát tính theo cơng thức   100    0,1 1, 46   Re   0,25 0,5 100    0,1 1, 46  400 2,9.105   (CT II 64 / 380 [1]) 0,25  0,116 - Trở lực từ quạt đến calorifer L 2 11, 752 P1   .  0,116 .1,164  23,38( N / m2 )  0, (CT II 56 / 377 [1]) 6.3.3 Trở lực calorifer - Nhiệt độ trung bình dòng khí calorifer: ttb  230  30  130(o C ) + Khối lượng riêng: ρ = 0,876 (kg/m3) + Độ nhớt động học: ν = 26,68.10-5 (m2/s) - Chuẩn số Reynolds: Re  Re f  29913,13 36 - Do ống theo kiểu song song: s   0,23   (6  9m)   d Re 0,36  0, 0555   (6  9.21)    0, 04  (CT II 72 / 404 [1]) 0,23 (2,9.104 ) 0,26  12, Với: s: khoảng cách ống theo phương cắt ngang ống dòng chuyển động (theo chiều rộng dòng) m: số dãy chum theo phương chuyển động (m = 21) d: đường kính ngồi ống (d = 0,04m) - Vận tốc khơng khí calorifer  Re. 2,9.104.26, 68.105   0, 798(m / s) l - Trở lực calorifer: P2    max 2  12, 4.0,876 3,332  2, (CT II 56 / 377 [1]) 6.3.4 Trở lực từ calorifer đến buồng sấy - Nhiệt độ khơng khí: to = 210oC + Khối lượng riêng: ρ = 0,73 kg/m3 + Độ nhớt động học: ν = 36,47.10 m2/s - Vận tốc khí ống dẫn  4.L 4.6191   18, 735(m / s) .  0, 73.3,14.0, 42.3600 Re  . 18, 735.0,   2, 05.105  36, 47.106 - Ta thấy: Regh