Thiết kế máy sấy trà với năng suất 200kgh

ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn DũngMỤC LỤCMƠÛ ĐẦU 2THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ .3TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .4Các thông số sử dụng tính toán 4Tính cân bằng vật chất .7Thời gian sấy .7HẦM SẤY: .8I. Băng tải 8II. Kích thước hầm 10III Động cơ băng tải 11CÂN BẰNG NHIỆT .14I. Sấy lí thuyết 14II. Tổn hao nhiệt 15III. Sấy thực 23THIẾT BỊ PHỤ .27I. Calorifer .27II. Cyclon 32III. Quạt 33IV. Gầu tải nhập liệu 36TÍNH KINH TẾ .38KẾT LUẬN 39TÀI LIỆU THAM KHẢO .40SVTH: Tống Thò Hương. 1 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn DũngMƠÛ ĐẦU Trà là một thức uống có tính giải khát phổ thông trong nhân dân đặc biệt là nhân dân vùng châu Á. Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trong trà có những dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khoái, tỉnh táo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hoá… Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà. Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong đó sấy là một công đoạn hết sức quan trọng. Mục đích của sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình chỉ quá trình lên men nhằm giữ lại tối đa những chất có giá trò trong lá trà giúp hình thành hương vò, màu sắc của trà. Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước khi phân loại.Trong thời gian sấy khô, lá tràbò biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học: Tổng hàm lượng các chất hoà tan giảm đi so với lá chè xong. Hàm lượng cafein giảm đi một ít. Đó là do sự bay hơi một phần và do sự thăng hoa của các hợp chất này khi sấy khô. Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy:Giai đoạn chế biến Nitơ hòa tan,mg Cafein, mg Nitơ amonic, mgLá trà lên men 21,63 2,89 1,19Bán thành phẩm 20,05 2,60 0,67 Nhóm chất hydratcacbon có những biến đổi như sau:Giảm một ít hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột.Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% của trà đen bán thành phẩm)Lượng protein cũng giảm đi trong thời gian sấy nàyLượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước khi sấy còn lại 1,81 g/kg sau khi sấy. Trong khi sấy trà cần chú ý:• Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng ứ đọng hơi ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt. • Nhiệt độ sấy quá cao & không khí thổi vào quá lớn sẽ làm cho trà bò cháy vụn, nhiệt độ càng cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh. Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạo trên bề mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thoát ra ngoài, kết quả không tiêu diệt được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng của trà nhanh chóng xuống cấp trong thời gian bảo quản. Các phương pháp sấy:- sấy thường- sấy có bổ sung nhiệtSVTH: Tống Thò Hương. 2 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng- sấy có đốt nóng giữa chừng- sấy tuần hoàn khí thải Trong đồ án này ta chọn phương thức sấy thường vì không yêu cầu phải giảm nhiệt độ của tác nhân sấy. Mặt khác nếu dùng các phương pháp khác sẽ phức tạp về kết cấu thiết bò dẫn đến không hiệu quả về mặt kinh tế. Thiết bò sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thổi khí… Ta chọn hầm sấy với thiết bò vận chuyển là băng tải vì phương án này có những ưu điểm như sau:  Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn & sắp xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy. Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí. Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như trà. Hoạt động liên tục. Có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều. Bên cạnh những ưu điểm thì phương án này cũng có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức tạp.SVTH: Tống Thò Hương. 3 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn DũngTHUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:Ngay khi qúa trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym. Muốn vậy trong công nghệ chế biến trà hiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thời tạo ra những chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hoàn thiện chất lượng sản phẩm. Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm trong bồn chứa được gầu tải đưa vào bộ phận nhập liệu. Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ giúp trà được đưa vào máy sấy liên tục không bò nghẽn lại ở đầu băng tải. Sau đó tay gạt điều chỉnh độ dày của chè vào hầm sấy. Khi vào hầm sấy chè sẽ chuyển động cùng với băng tải đến cuối băng tải thứ nhất chè đổ xuống băng tải thứ hai và chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuối cùng và theo máng tháo liệu ra ngoài. Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%. Tác nhân sấy(TNS): không khí nhiệt độ 25oC đi vào quạt đẩy qua caloriphe được gia nhiệt đến 100oC, không khí nóng theo đường ống đi vào hầm sấy. Trong hầm không khí đi qua các băng tải. Sau cùng không khí được quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngoài. Một phần chè bò lôi cuốn bởi TNS sẽ được thu hồi bằng cyclon.Sở dó ta chọn nhiệt độ đầu ra của TNS t2 = 40oC vì nhiệt độ này vừa thích hợp tránh bò tổn hao nhiệt cũng như đảm bảo trên mặt sản phẩm không bò đọng sươngSVTH: Tống Thò Hương. 4 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn DũngPHẦN TÍNH TOÁN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thông số sử dụng tính toán:• Vật liệu sấy:Năng suất G2= 200 kg/hĐộ ẩm đầu theo vật liệu ướt W1=60%Độ ẩm đầu theo vật liệu khô ω1 = 11100 WW−= 6010060− = 150%Độ ẩm cuối vật liệu ướt W2 = 5%Tương tự :Độ ẩm cuối theo vật liệu khô: ω2 = 51005− = 5,26%Khối lượng riêng của vật liệu khô ρ0 = 24 kg/m3 (suy ra từ T45[2])Nhiệt dung riêng của vật liệu khô cvlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn vì nhiệt dung riêng của thực phẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1])• Tác nhân sấy: là không khí nóng với các thông số được tra và chọn như sau:Không khí vào caloriphe t0 = 25oC, ϕo = 85%Không khí vào hầm sấy t1 = 100oCKhông khí ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC. I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA KHÔNG KHÍ:tt0At1C02BII1=2I ( kJ/ kgkk)d ( kg ẩm/ kgkk)d = d0d211. Không khí trước khi vào caloriphe (điểm A): Chọn nhiệt độ không khí trước khi vào caloriphe: to=25oC. Đây là nhiệt độ thấp nhất trong năm ở Tp. HCM. Chọn như trên đảm bảo thiết bò hoạt động bình thường quanh năm. Chọn độ ẩm không khí trước khi vào caloriphe: ϕo= 85%.SVTH: Tống Thò Hương. 5 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng p suất hơi bão hòa: )5,23542,402612exp(tPb+−= ,bar (2.31[1]) )255,23542,402612exp(+−=boP = 0,0315 bar Hàm ẩm: bbPBPdϕϕ−= 621,0 (2.18[1]) Trong đó B là áp suất khí trời nơi các đònh độ ẩm, lấy B= 1 atm lấy B=1,013bar. 0315,085.0013,10315,085.0621,0×−×=od= 0,0167 kg ẩm/kg kk khôenthalpy Io: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) Io= 1,004x25 + 0,0167(2500 + 1,842x25) = 67,613 kJ/kg kk khô.vậy do= 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô. Io = 67,613 kJ/kg kk khô. 2. Không khí sau khi đi qua caloriphe (điểm B): Chọn nhiệt độ không khí sau caloriphe là: t1= 100oC. Hàm ẩm d1= do = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô. p suất hơi bão hoà: )5,23542,402612exp(tPb+−= )1005,23542,402612exp(1+−=bP= 0,9987 bar.Độ ẩm của không khí: )621,0( dPBdb+=ϕ (2.19[1]))0167,0621,0(9987,00167,011+×=ϕ= 0,0266=2,66%Enthalpy I1: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) I1=1,004x100 + 0,0167(2500 + 1,842x100) =145,226 kJ/kg kk khô.Vậy:d1=do = 0,0167kg ẩm/kg kk khô. I1 = 145,226 kJ/kg kk khô. ϕ1 = 2,66%.SVTH: Tống Thò Hương. 6 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng3. Không khí ra khỏi hầm sấy (điểm Co):Nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy: t2 = 40oC.Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khô.p suất hơi bão hòa: )5,23542,402612exp(tPb+−= ,bar (2.31[1]) )405,23542,402612exp(2+−=bP = 0,0732 bar Hàm ẩm d20 : (2.26[1]) 22220842,12500004,1ttId+−= 40842,1250040004,1226,14520×+×−=d = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô.Độ ẩm không khí: (2.19[1]) )0408,0621,0(0732,00408,0120+×=ϕ = 85,32%vậy:d2 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô. I2 = I1 = 145,226 kJ/kg kk khô. ϕ20 = 85,32% BẢNG 1:Trạng thái Điểm A (0) Điểm B (1) Điểm C (2)toC 25 100 40ϕ% 85 2,68 85,32d, kgẩm/kgkkkhô 0,0167 0,0408 0,0408I, kJ/kgkkkhô 67,613 145,26 145,226ν, m3/kg 0,8865 1,1124 0,966ν: thể tích riêng của không khí được tra trong bảng Phụ lục 5 tài liệu [1].II CÂN BẰNG VẬT CHẤT:Giả thiết quá trình sấy không có tổn thất vật liệu sấy: G1(1 – W1) = G2 (1 – W2) Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bò: G1 = G21211WW−− = 20060,0105,01−− = 475 (kg/h)Lượng ẩm bốc hơi: W= G2 – G1 = 475 – 200 = 275 kg/hSVTH: Tống Thò Hương. 7 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn DũngCân bằng ẩm: W = L(d2 – d1) = L (d2 – d0) Lượng không khí khô cần để bốc hơi 1 kg ẩm vật liệu: l=WL = 021dd − = 0167,00408,01− = 41,494 kg kk khô/kg ẩmLượng không khí khô cần: Lo= lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h THỜI GIAN SẤY Theo tài liệu “ Kó thuật chế biến chè” của I.A.Khotrolava. (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dòch).Độ ẩm đầu, % Độ ẩm cuối, %U’(vl ướt) U (vl khô) U’ UThời gian sấy, h63,5 173,97 20,1 25,16 0,3214,3 16,69 5,72 6,07 0,2563,5 173,97 5,72 6,07 0,52Gọi Uth: độ ẩm tới hạn, U*: độ ẩm cân bằng.Thay vào phương trình thời gian sấy:τ = *2**lnUUUUNUUNUUthththo−−−+−Ta được: 0,32 = ***16,25ln97,173UUUNUUNUththth−−−+−0,25 = ***07,6ln69,16UUUNUUNUththth−−−+−0,52 = ***07,6ln97,173UUUNUUNUththth−−−+−Giải hệ 3 phương trình trên ta được: Uth = 79,57% U* = 0,38% N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khôxh)Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ Uo= 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy của đề tài) thì tốn khoảng thời gian là:τ = ***26,5ln150UUUNUUNUththth−−−+− = 38,026,538,057,79ln52,58238,057,7952,58257,79150−−−+− = 0,4997 h = 29,98 ph ≈ 30 ph = 0,5hvậy thời gian sấy là 30 phút.SVTH: Tống Thò Hương. 8 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤYI BĂNG TẢI:1. Số lượng băng tải:• Khối lượng riêng của chè có W1= 60%: onWWρρρ11111−+= khối lượng riêng của nước :ρn = 998 kg/m3 khối lượng riêng của chè khô:ρo = 24 kg/m3thay vào công thức ta được: 246,019986,011−+=ρ⇒ ρ1 = 57,91 kg/m3• Thể tích vật liệu chứa trong thiết bò: V= V1τ = 11ρGτ (6.28[2]) V1, G1, ρ1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bò: τ : thời gian sấy.⇒ V1= 11ρG=91,57475 = 8,202 m3/h.• Năng suất của thiết bò sấy băng tải: V1 = τδbBL (6.29[2])δ: chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, mδ = 0,03m.B: chiều rộng băng, mLb: chiều dài băng tải, mChọn B = 2 m. Thay số vào phương trình trên ta được: Lb = BVδτ1 = 2030502028××,,, = 68,35 ≈ 69 m• Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn Số tầng băng tải chọn là i = 3.Chiều dài của mỗi băng tải là: lb = 369 = 23 m.2. Tính con lăn đỡ băng:  Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải:lt = A – 0,625B (5.8[2])A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệuρ = 57,91< 1000 kg/m3 ⇒ A= 1750mmVậy: lt = 1,75 – 0,625 x 2 = 0,45 mSVTH: Tống Thò Hương. 9 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: lo = 2lt = 2 x 0,45 = 0,9 m Số con lăn bằng:Nhánh không tải: n1= obll = 9023, = 25,6 chọn 26Nhánh có tải: n2 = tbll = 45023, = 51,1 chọn 52⇒ tổng số con lăn cần dùng là: n = (n1 + n2 ) x i = (26 + 52) x 3 = 234 con. Kích thước con lăn:Đường kính 120mmChiều dài 2000mmLàm bằng thép CT3 Kích thước bánh lăn:Đường kính 300mm = φ2Chiều dài 2000mmLàm bằng thép CT3II KÍCH THƯỚC THÂN THIẾT BỊChiều dài: Lh = lb + 2 Lbs = 23 + 2.0,5 = 24 mChiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng là 0,9 m Hh = i dbăng + (i-1)d + 2dbs = 3x0,3 + 2x0,9 + 2x0,9= 4,5 mChiều rộng: Bh = B + 2Bbs = 2 + 2x0,3 = 2,6 m Kích thước phủ bì:- tường xây bằng gạch, bề dày tường δ1= 250 mm. Tường được phủ lớp cách nhiệt δ2 = 50 mm.- trần đổ bêtong dày δ3 = 100 mm có lớp cách nhiệt δ4 = 50 mm Chiều dài hầm: L = 24 + 2x(0,1+0,25) = 24,7m Chiều rộng hầm: B = 2,6 + 2x(0,05+ 0,25) = 3,2m Chiều cao hầm: H = 4,5 + 0,1 + 0,05 = 4,65 m Tính vận tốc dòng khí trong quá trình sấy lí thuyết: tdkFV0=ω với ωk: vận tốc TNS trong hầm sấy. Vo: lưu lượng thể tích TNS Ftd: tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải:Ftd= Bhd = 2,6x0,9 = 2,34 m2SVTH: Tống Thò Hương. 10 [...]... TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng CÂN BẰNG NHIỆT I SẤY LÍ THUYẾT: Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy lí thuyết: Qo = Lo (I1 – Io) = 11409,75( 145,226 – 67,613) = 885630,3011 kJ/h = 246,008 W Năng lượng tiêu hao tính cho 1 kg ẩm bay hơi: qo = Qo 885630,3011 = =3220,474 kJ/kg ẩm 275 W (7.15[1]) (7.16[1]) II TỔN HAO NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH SẤY THỰC: 1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra... 2,64 Hiệu suất của thiết bò sấy thực: SVTH: Tống Thò Hương 25 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng q1 2469,18 = = 71,14% ηT = q 3470,759  Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy: o  TNS ra khỏi hầm sấy t2 = 40 C, ϕ2= 82.76% = 83% Tra phụ lục 5[1], ta được thể tích riêng 3 νC = 0,965 m /kg VC = L’νC = 12016,401x 0,965 = 11595,830 m3/h 3  TNS trước khi vào hầm sấy ta đã tra theo... Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Nhiệt tải riêng truyền từ tác nhân sấy vào tường sấy: q1= α1∆T= 53,630x 0,55 = 29,497 W/m2 Tính hệ số cấp nhiệt α 2: α2 = α2’ + α2” α2’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α2”: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ tường ngoài của hầm sấy ra môi trường  Tính α2’: Không khí chuyển động tự do bên ngoài tường hầm sấy thẳng đứng thì: α2’= 1,98 4 ∆t 2 b) Với: ∆t2... GC qvl = 2 vl (tvlc − tvlđ ) W với G2: khối lượng vật liệu đầu ra, kg/h W: lượng ẩm cần tách, kg/h Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi hầm sấy, kJ/kg.độ tvlđ, tvlc : nhiệt độ vật liệu lúc vào và ra khỏi hầm sấy tvlđ = to = 25oC tvlc = t2 = 40oC ( sấy cùng chiều, vật liệu dễ hấp thụ nhiệt)  Nhiệt dung riêng của khoai mì ra khỏi hầm sấy: Cvl = Cvlk ( 1-W2) + CaW2 Với Cvlk: nhiệt dung riêng của... ) ( ) 0,0035 0,03 0,03 0,044 − 0,03 = 0,1165 Vậy trở lực qua calorifer: 11,98 2 ∆Pc = 0,1165 × 1,128 × × 13 = 122,592 N/m2 2 II TÍNH CYCLON:  Năng suất khí vào cyclon chính là năng suất khí ra khỏi hầm: VX = L’νC = Vc = 11595,830 m3/h.(đã tính ở trên)  Năng suất khí vào cyclon lớn nên ta sẽ sử dụng nhóm 4 cyclon: VX = 4Vs V 11595,830 Vs = X = = 2898,956 m3/h = 0,805 m3/s 4 4 1 1 = = 1,036 kg/m3 ... tường hầm sấy rồi so sánh với nhiệt độ tT1= 69,45oC và tT2= 29oC đã giả thiết ban đầu K t (t tb − t k ) 0,745(70 − 25) tT1 = ttb = 70 = 69,375oC α1 53,024 tT2 = tk + K t (t tb − t k ) 0,745(70 − 25) = 25 + = 29,602oC α2 7,282 với tk: nhiệt độ không khí trong phân xưởng Kiểm tra sai số: 69,45 − 69,375 × 100% = 0,108% . có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thổi khí… Ta chọn hầm sấy với thiết bò vận chuyển là. biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà. Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy Trong đó sấy là