giúp em hiểu sâu hơn về kĩ thuật sấy, nguyên tắc hoạt động, tính toán thiết kế hệ thống sấy cũng như cách tra cứu sổ tay, tài liệu, mục đích và tầm quan trọng của thiết bị sấy thùng quay trong quy trình sản xuất.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ 1.1 Khái niệm chung trình sấy 1.1.1 Khái niệm Sấy trình tách nước (ẩm) khỏi vật liệu rắn hay dung dịch có thay đổi trạng thái bốc thăng hoa làm cho hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Đây trình kỹ thuật phổ biến quan trọng cơng nghiệp đời sống Mục đích q trình sấy: • Kéo dài thời gian bảo quản • Tăng tính cảm quan cho thực phẩm • Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho q trình vận chuyển • Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm • Làm chín phần sản phẩm thực phẩm 1.1.2 Nguyên lý trình sấy Sấy q trình làm khơ vật liệu ẩm cung cấp lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm vật liệu, đưa ẩm thoát khỏi vật liệu Quá trình sấy trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên vật rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, tức trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc tồn q trình định giai đoạn chậm Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước môi trường khơng khí xung quanh Trong q trình sấy nhiệt độ mơi trường khơng khí ẩm xung quanh co ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Hai mặt trình sấy cần nghiên cứu: • Mặt tĩnh lực học: dựa vào cân vật liệu cân nhiệt lượng, ta tìm mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy, từ xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân lượng nhiệt cần thiết cho q trình sấy • Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu với thời gian sấy thơng số q trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu sấy điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy để từ xác định chế độ, tốc độ thời gian sấy phù hợp 1.1.3 Phân loại phương pháp sấy • Sấy tự nhiên - Tiến hành bay lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió - Ưu điểm: + Tiến hành cách đơn giản, dễ dàng, khơng địi hỏi kĩ thuật cao + Chi phí đầu tư thấp - Nhược điểm: + Cần diện tích lớn để thực q trình sấy + Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật + Khó điều chỉnh thơng số kĩ thuật sấy, phụ thuộc vào khí hậu + Độ ẩm sau sấy không điều chỉnh để đảm bảo yêu cầu + Tốn thời gian, suất thấp + Đòi hỏi sức lao động lượng nhân cơng lớn • Sấy nhân tạo - Thường tiến hành thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia thành nhiều dạng: + Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt khói lị, khơng khí nóng + Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn + Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy + Sấy dòng điện cao tần: phương pháp dùng dịng điện cao tần để đốt nóng tồn chiều dày vật liệu sấy + Sấy thăng hoa: phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp, độ ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành thông qua trạng thái lỏng - Ưu điểm: khắc phục nhược điểm phương pháp sấy tự nhiên - Nhược điểm: tốn chi phí đầu tư trang thiết bị chi phí để vận hành, hoạt động thiết bị để thực trình sấy 1.1.4 Tác nhân sấy, chế độ sấy thiết bị sấy 1.1.4.1 Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để tách ẩm khỏi vật liệu sấy đưa ẩm khỏi thiết bị sấy Trong trình sấy, cần có tác nhân sấy để thực tách ẩm khỏi vật liệu để đảm bảo đưa vật liệu độ ẩm an toàn Đồng thời, sấy môi trường bao quanh vật liệu sấy bổ sung lượng ẩm tách từ vật liệu Nếu độ ẩm khơng mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên q trình ẩm vật liệu dừng lại Nhiệm vụ tác nhân sấy: - Tách ẩm khỏi vật liệu sấy - Đưa ẩm khỏi thiết bị sấy - Gia nhiệt cho vật liệu sấy Cơ chế trình sấy gồm giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Để thải ẩm bay từ vật liệu vào mơi trường dùng biện pháp: - Sấy chân không - Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt 1.1.4.2 Chế độ sấy Chế độ sấy: cách thức tổ chức trình truyền chất tác nhân sấy vật liệu sấy với thông số để đảm bảo suất, chất lượng sản phẩm theo yêu cầu chi phí vận hành chi phí lượng hợp lí Một số chế độ sấy thường gặp: - Chế độ sấy có đốt nóng trung gian - Chế độ sấy hồi lưu toàn phần - Chế độ sấy hồi lưu phần - Chế độ sấy hồi lưu đốt nóng trung gian 1.1.4.3 Thiết bị sấy Thiết bị sấy thiết bị mà vật liệu tách ẩm để sau khỏi thiết bị sấy vật liệu đạt độ ẩm an toàn Do điều kiện sấy trường hợp khác nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy - Dựa vào áp suất làm việc - Dựa vào phương thức làm việc - Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy thùng quay, sấy phun, sấy băng tải - Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho trình sấy - Dựa vào chiều chuyển động vật liệu sấy tác nhân sấy: sấy chiều, ngược chiều, giao chiều 1.2 Giới thiệu ngun liệu Cà phê loại cơng nghiệp, có nguồn gốc từ êtiôphia vùng bắc phi, cơng nghiệp có thân lớn, màu xanh đậm, hình oval, hình bầu dục, hoa màu trắng, cịn non có màu xanh, chín chuyển sang đỏ Hạt cà phê chín chứa đầy đủ loại chất dinh dưỡng glucid, lipid, cafein, vitamin Đặc biệt cà phê chứa số chất mùi đặc trưng, chế biến có mùi thơm riêng biệt hấp dẫn Do sản phẩm chế biến từ cà phê nhiều Từ sản phẩm mà cà phê nguyên liệu (như: cà phê rang xay, cà phê hòa tan) đến sản phẩm mà cà phê bổ sung vào tạo nên mùi vị cho sản phẩm bánh kẹo, đồ uống, mĩ phẩm 1.2.1 Cấu tạo cà phê Quả cà phê gồm: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa nhân Hình 1.1 Cấu tạo cà phê - Lớp vỏ quả: lớp màng mỏng, mềm, dai - Lớp vỏ thịt: phần lớp vỏ quả, gồm tế bào mềm, khơng có cafein, tannin, chứa nhiều đường pectin - Lớp nhớt: nằm sát nhân, khó tách - Lớp vỏ trấu: lớp lớp vỏ thịt - Lớp vỏ lụa: loại bỏ lớp vỏ trấu lớp vỏ mỏng, mềm gọi vỏ lụa - Nhân cà phê: phần nằm hạt Bảng 1.1 Tỷ lệ thành phần cấu tạo hạt cà phê (% theo tươi) Thành phần Cà phê chè (%) Cà phê vối (%) Vỏ 43 – 45 41 – 42 Vỏ nhớt 20 – 23 21 – 22 Vỏ trấu – 7,5 6–8 Nhân vỏ lụa 26 – 30 26 – 29 1.2.2 Thành phần hóa học cà phê Bảng 1.2 Thành phần hóa học nhân cà phê Thành phần Tính g/100g mẫu Nước - 12 Chất dầu - 18 Đạm 1,8 - 2,5 Protein - 16 Cafein 1-2 Tanin Cafeic axit Tinh bột - 23 Saccharose - 10 Cellulose 10 - 20 Hemicellulose 20 1.2.3 Quá trình sấy cà phê 1.2.3.1 Chọn thiết bị sấy phương thức sấy − Thiết bị sấy Căn vào dạng vật sấy, đặc điểm cấu tạo vật liệu sấy mà người ta chọn hệ thống sấy cho phù hợp Thiết bị sấy thùng quay thiết bị chuyên dùng để sấy hạt Quá trình sấy máy sấy thùng quay hệ thống sấy đối lưu Loại thiết bị dùng để sấy vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ Thiết bị gồm hình trụ đặt dốc khoảng - 6º so với mặt phẳng nằm ngang, có vành đai thùng quay trượt lăn tựa Khoảng cách lăn điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng thùng Thùng quay nhờ lắp chặt thân thùng, bánh ăn khớp với nối với mô tơ thông qua hộp giảm tốc Trong hệ thống này, vật liệu sấy đảo trộn mạnh, tiếp xúc với tác nhân sấy Do trao đổi nhiệt mạnh tốc độ sấy nhanh độ đồng sản phẩm cao Ngoài thiết bị làm việc với suất cao làm việc áp suất khí Dây chuyền sấy cà phê máy sấy thùng quay phù hợp cho quy trình cơng nghệ chế biến sản xuất cà phê thóc, độ ổn định cao, chất lượng cà phê đạt yêu cầu kĩ thuật − Chọn phương thức sấy Để sấy cà phê người ta dùng phương pháp sấy nóng cà phê cịn lớp vỏ trấu bên ngồi nên q trình sấy đảm bảo không bị nhiễm bụi bẩn, nhiễm độc yêu cầu nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhân sấy khơng khí nóng tác nhân tải nhiệt nước để tiện cho việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy cần thiết Thông thường chiều chuyển động tác nhân sấy chiều, ngược chiều hay chéo dịng Dựa vào tính chất vật liệu cà phê nên ta chọn phương thức sấy chiều tốc độ sấy ban đầu cao, bị co ngót, sản phẩm bị biến tính, giảm nguy hư hỏng vi sinh vật, tránh sấy khô tác nhân sấy khô mang theo vật liệu sấy sấy ngược chiều Mặt khác với nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu không cao sấy chiều vật liệu sấy tác nhân sấy tiếp xúc tốt hơn, trình sấy diễn nhanh Chọn thiết bị làm gián đoạn sau thời gian sấy sản phẩm đủ độ ẩm theo yêu cầu bắt đầu dừng thiết bị tháo lắp Như vậy, điều chỉnh lượng sản phẩm không đảm bảo chất lượng 1.2.3.2 Hệ thống sấy thùng quay − Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay Khơng khí Cà phê thóc ướt Quạt đẩy Gàu tải Cơ chế nhập liệu Quạt hút Calorife r Thùng sấy Cyclon Nước ngưng Băng tải Bụi Hơi Sản phẩm Sơ đồ 1: Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê − Thuyết minh sơ đồ: Vật liệu sấy cà phê qua phân loại, tách vỏ qua hệ thống sấy tĩnh để nâng nhiệt độ lên gần nhiệt độ tác nhân sấy, để tránh tượng chênh lệch nhiệt độ cao tác nhân sấy cà phê gây tượng cháy cà phê Độ ẩm cà phê lúc 25% Tác nhân sấy khơng khí quạt đẩy đưa vào calorifer gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 80ºC Tác nhân sấy vào chiều với cà phê làm cho diện tích tiếp xúc vật liệu sấy tác nhân sấy lớn, lúc lượng nhiệt cung cấp cho tác nhân sấy vật liệu sấy cao làm cho lượng ẩm bề mặt vật liệu thoát nhanh nên tốc độ sấy nhanh Nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần vật liệu khỏi thùng 10 ρ 38 = 1,1354 (kg/m ) • Ở nhiệt độ 38 C thể tích riêng khơng khí là: 1 = 0,8807 (kg/m ) = ρ 38 1,1354 V 38 = • Lưu lượng tác nhân sấy thực tế: L’ = 14515,7949 (kgkkk/h) • Lưu lượng khơng khí vào cyclon: V V = V 38 L’ = 0,8807.14515,7949 = 12784,0606 (m /h) • Gọi ∆Pcyclon = rk 740 = 1,1354.740 = 651,718 (N/m ) • Tốc độ quy ước: ωq = 2∆Pcyclon ξ ρ k = 2.651,718 = 4,9666 (m/s) 60.1,1354 • Đường kính cyclon: D= V 12784,0606 = = 0,9544 (m) 0,785.ω q 0,785.4,9666.3600 Dựa vào đường kính ta chọn loại cyclon đơn LIH – 24 Đường kính D = 0,9544 (m), với thông số kỹ thuật sau: Các thơng số Kí hiệu CT Giá trị a (mm) 1,11D 1059,3603 h (mm) 2,11D 2013,739 Chiều cao phần hình trụ h (mm) 2,11D 2013,739 Chiều cao phần hình nón h (mm) 1,75D 1670,1626 h (mm) 0,4D 381,7515 H (mm) 4,26D 4065,653 Chiều cao cửa vào Chiều cao ống tâm có mặt bích Chiều cao phần bên ngồi ống tâm Chiều cao chung 22 Đường kính ngồi ống Đường kính cửa tháo bụi Chiều rộng cửa vào Chiều dài cửa vào Khoảng cách từ tận cyclon đến mặt bích Góc nghiêng nắp ống d (mm) 0,6D 572,6272 d (mm) 0,4D 381,7515 b /b (mm) 0,26D/0,2D 1250 l (mm) 0,6D 572,6272 h (mm) 0,32D 305,4012 α 24 24 D (mm) 400 – 1000 954,4 ξ 60 60 vào Đường kính cyclon Hệ số trở lực cyclon 4.3 Tính trở lực chọn quạt Quạt phận vận chuyển dòng khí tạo áp suất cho dịng khí vào thiết bị calorifer, máy sấy, đường ống cyclon Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dịng khí áp suất động học để di chuyển phần khắc phục trở lực đường ống Ta sử dụng quạt: • Một quạt dùng để hút khí thải cyclon • Một quạt vừa hút khí khí thải hồi hưu đưa vào calorifer 4.3.1 Tính trở lực q trình Ta có: Áp suất quạt tạo ra: ∆P = ∆Pm + ∆Pcb + ∆Pcyc + ∆Pc + ∆Pqđ + ∆Pqh + Pk Trong đó: • ∆Pm : trở lực ma sát đoạn ống dẫn (N/m ) • ∆Pcb : trở lực cục đột mở đột thu (N/m ) 23 • ∆Pcyc : trở lực cục cyclon (N/m ) • ∆Pc : trở lực cục calorifer (N/m ) • ∆Pqđ : trở lực áp suất động đầu quạt đẩy (N/m ) • ∆Pqh : trở lực áp suất động đầu vào quạt đẩy (N/m ) • t ( C) v (m /kgkkk) V’(m /h) = L’.v ρ (kg/m ) v (m /s) ∆Pk : trở lực thùng quay (N/m ) Trước vào Sau khỏi Sau khỏi calorifer calorifer buồng sấy t = 25 t = 80 t = 38 v’= 0,8439 v’’= v’’’= 0,8807 V’= 12249,8793 V’’= 14515,7949 V’’’= 12784,0606 ρ ’= 1,185 ρ ’’= ρ ’’’= 1,1354 v’ = 15,53.10 −6 v’’= 21,09 10 −6 v’’’= 16,768 10 −6 4.3.1.1 Trở lực ma sát đường ống • Trở lực ống dẫn từ miệng quạt đẩy đến góc khuỷu + Chọn đường ống có đường kính: d = 0,4 (m) + Chọn chiều dài ống dẫn từ miệng quạt đến góc khuỷu: l = 0,6 (m) + Tiết diện ống: πd π o,4 F1 = = = 0,1257 (m ) 4 + Vận tốc dòng khí ống: 24 ω1 = ' V1 3,4027 = = 27,0782 (m/s) F1 0,1257 + Chuẩn số Reynolds: Re = ω1d1 27,0782.0,4 = = 697441,8144 v1 15,53.10 −6 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xoáy + Ở chế độ cháy xoáy, ta dùng CT sau để xác định hệ số ma sát cho khu vực: 0,9 6,81 0,9 ∆ 6,81 10 −4 = −2 lg = − lg + ⇒ λ1 = 0,0156 + 3,7 0,4.3,7 λ1 Re 697441,8144 Vậy trở lực đường ống từ lọc không khí đến quạt đẩy: λ1l1 ρ1ω1 0.0156.0,6.1,185.27,0782 = = = 10,1492( N / m ) 2.d1 2.0,4 ∆Pms1 • Trở lực đường ống từ góc khuỷu đến calorifer: + Chọn đường ống có đường kính: d = 0,4 (m) + Chọn chiều dài ống dẫn từ góc khuỷu đến calorifer: l = 1,2 (m) + Tiết diện ống: πd π 0,4 F2 = = = 0,1257 (m ) 4 + Vận tốc dịng khí ống: ω2 = ω1 = 27,0782 (m/s) + Chuẩn số Reynolds: Re = 697441,8144 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xốy Vậy trở lực đường ống từ góc khuỷu đến calorifer: ∆Pms2 = λ2 l ρ2ω2 2.d = 20,2984 (N/m ) • Trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu: 25 + Chọn đường ống có đường kính: d = 0,4 (m) + Chiều dài ống dẫn từ calorifer đến thùng nạp liệu: l = 1,2 (m) + Tiết diện ống: πd π 0,4 F3= = = 0,1257 (m ) 4 + Vận tốc dịng khí ống: ω3 = 32,087 (m/s) + Chuẩn số Reynolds: Re = 608571,8651 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xốy + Ở chế độ cháy xốy, ta dùng CT sau để xác định hệ số ma sát cho khu vực: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + ⇒ λ3 = 0,0157 Re , λ3 Vậy trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu: ∆Pms3 λ3l3 ρ 3ω3 0,0157.1,2.1,185.32,087 = = = 24,2635 (N/m ) 2.d 2.0,4 • Trở lực đường ống từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon + Chọn đường ống có đường kính: d = 0,4 (m) + Chiều dài ống dẫn từ calorifer đến thùng nạp liệu: l = 1,2 (m) + Tiết diện ống: πd π 0,4 F4 = = = 0,1257 (m ) 4 + Vận tốc dịng khí ống: ω = 28,259 (m/s) + Chuẩn số Reynolds: Re = 674116,8479 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xoáy 26 + Ở chế độ cháy xoáy, ta dùng CT sau để xác định hệ số ma sát cho khu vực: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + ⇒ λ4 = 0,0156 Re , λ4 Vậy trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu: ∆Pms4 λ4l4 ρ4ω4 0,0156.1,2.1,185.28,259 = = = 21,2267 (N/m ) 2.d 2.0,4 • Trở lực đường ống từ cyclon đến góc khuỷu + Chọn đường ống có đường kính: d = 0,4 (m) + Chiều dài ống dẫn từ calorifer đến thùng nạp liệu: l = 1,2 (m) + Tiết diện ống: πd π 0,4 F5= = = 0,1257 (m ) 4 + Vận tốc dịng khí ống: ω = 28,259 (m/s) + Chuẩn số Reynolds: Re = 674116,8479 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xốy + Ở chế độ cháy xốy, ta dùng CT sau để xác định hệ số ma sát cho khu vực: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + ⇒ λ5 = 0,0156 3,7 λ5 Re Vậy trở lực đường ống từ calorifer đến trước thùng nạp liệu: ∆Pms5 λ5l5 ρ5ω5 0,0156.1,2.1,185.28,259 = = = 10,6133 (N/m ) 2.d 2.0,4 • Trở lực ống dẫn từ góc co đến quạt hút + Chọn chiều dài ống dẫn: l = 0,8 (m) 27 + ω = ω = 28,259 (m/s) + λ6 = λ = 0,0156 + Trở lực ống dẫn từ góc co đến quạt hút: ∆Pms6 λ l ρ 6ω = = 14,1511 (N/m ) 2.d • Trở lực ma sát thùng sấy: + Lưu lượng thể tích trung bình thùng sấy: Vtb = V '80 +V ' 38 = 13649,9279(m / h) = 3,7916(m / s ) + Vận tốc khơng khí thùng sấy: ω7 = Vtb = 1,5172 (m/s) Ftb + Ở nhiệt độ trung bình thùng sấy 59 o C: ρ = 1,0633 (kg/m ) v = 18,868.10 −6 (m /s) Re = 165629,6432 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xốy + Ở chế độ cháy xốy, ta dùng CT để xác định hệ số ma sát cho khu vực: 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + ⇒ λ7 = 0,0164 3,7 λ7 Re + Trở lực ma sát thùng sấy: ∆Pms7 λ l ρ 7ω = = 0,0757 (N/m ) 2.d Vậy trở lực ma sát: ∆Pm = ∑ ∆Pmsi = 100,7779 (N/m ) i =1 4.3.1.2 Tính tổng trở lực cục 28 • Trở lực cục đột mở từ đường ống đến calorifer + Diện tích mặt cắt ngang đường ống: π d π 0,4 F0= = = 0,1257 (m ) 4 + Diện tích mặt cắt ngang calorifer: F = B x H = 0,9923.1,2 = 1,1908 (m ) + Tỷ số F0 = 0,1055 F1 + Đường kính tương đương: d td = F0 π0 Trong đó: π : chu vi mặt cắt ngang đường ống π = 2πr = 2πd 2.π 0,4 = = 1,2566 (m) 2 Nên: d td = 0,4001 + Chuẩn số Reynolds: Re = 697616,7302 Vì Re > 4000 nên khơng khí ống theo chế độ cháy xốy Mặt khác Re > 3,5.10 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N 13; + Hệ số trở lực ξ1 = 0,4689 + Trở lực cục bộ: ∆Pcb1 ω1 = 203,708 (N/m ) = ξ1 ρ kk • Trở lực cục đột thu từ calorifer vào đường ống + Diện tích mặt cắt ngang đường ống: 29 π d π 0,4 = = 0,1257 (m ) 4 F0= + Diện tích mặt cắt ngang calorifer: F = B x H = 0,9923.1,2 = 1,1908 (m ) + Tỷ số F0 = 0,1055 F1 + Đường kính tương đương: d td = F0 π0 Trong đó: π : chu vi mặt cắt ngang đường ống π = 2πr = 2πd 2.π 0,4 = = 1,2566 (m) 2 Nên: d td = 0,4001 + Chuẩn số Reynolds: Re = 608724,9265 Re > 3,5.10 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N 13; hệ số trở lực ξ = 0,4689 + Trở lực cục bộ: ∆Pcb2 ω2 = 286,04 (N/m ) = ξ2 ρ kk • Trở lực cục đột mở từ đường ống vào thùng tiếp liệu + Chiều dài thùng tiếp liệu: 2,8 (m) + Chiều rộng thùng tiếp liệu: 1,5 (m) + Diện tích mặt cắt ngang thùng tiếp liệu: F tl = 2,8.1,5 = 4,2 (m ) ⇒ F0 = 0,0299 F1 30 + Chuẩn số Reynolds: Re = 608724,9265 Re > 3,5.10 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N 13; hệ số trở lực ξ = 0,4934 + Trở lực cục bộ: ω3 = 253,9963 (N/m ) ∆Pcb = ξ3 ρ kk • Trở lực cục đột thu từ thùng chứa sản phẩm ống dẫn: + Chiều dài thùng chứa sản phẩm: 2,8 (m) + Chiều rộng thùng chứa sản phẩm: 1,5 (m) + Diện tích mặt cắt ngang thùng chứa snr phẩm: F tsp = 2,8.1,5 = 4,2 (m ) ⇒ F0 = 0,0299 Ftsp + Chuẩn số Reynolds: Re = 674285,8958 Re > 3,5.10 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N 13 + Hệ số trở lực ξ = 0,4934 + Trở lực cục bộ: ∆Pcb4 ω4 = 223,6823 (N/m ) = ξ4 ρ kk Tổng trở lực cục bộ: ∆Pcb = ∆Pcb1 + ∆Pcb2 + ∆Pcb3 + ∆Pcb4 = 967,3966 (N/m ) • Trở lực cục cyclon: Gọi ∆Pcyclon trở lực cyclon thì: 540 < ∆Pcyclon ρk < 740 31 Chọn ∆Pcyclon ρk = 740 ⇒ ∆Pcyclon = ρ k 740 = 840,196 ( N/m ) 4.3.1.3 Tính trở lực quạt • Trở lực quạt đẩy: ω ρ ∆Pqd = = 434,438 (N/m ) 2 • Trở lực quạt hút: ω ρ ∆Pqh = = 453,349 (N/m ) 2 4.3.1.4 Trở lực calorifer • Nhiệt độ trung bình khơng khí nóng calorifer: t tb = 80 + 25 = 52,5 C • Tại nhiệt độ thông số không khí: ρ = 1,0848 kg/m λ = 2,8475.10 −2 W/m.độ v = 18,205.10 −6 m /s • Vận tốc khơng khí calorifer: ω= L' = 2,4966 (m/s) 3600.ρ F • Chuẩn số Reynolds: Re = 6719,8207 • Do ống xếp theo kiểu hành lang s ξ = (6 + 9m). d −0 , 23 (Re) −0, 26 = 19,8714 • Trở lực calorifer: ∆Pcal = ξ ρ ω2 = 67,181 (N/m ) 32 4.3.2 Tính chọn quạt 4.3.2.1 Quạt đẩy • Năng suất quạt đẩy: Khơng khí coi bẩn nên suất quạt lấy lưu lượng thể tích khơng khí theo tính tốn điều kiện làm việc: Q đ =V ’= 12249,8793 (m /h) • Tổn thất phí quạt đẩy cần khắc phục: ∑ ∆P đ = ∑ ∆P = 3105,1876 = 1552,5938 (N/m 2 ) • Áp suất toàn phần H đ : Hđ = H p 273 + t 760 ρ k 273 + 25 760 1,185 = 1552,5938 = 1495,1962 (N/m ) 293 B ρ 293 735,6 1,293 Trong đó: H p : trở lực tính tốn hệ thống (N/m ) t: nhiệt độ làm việc khí B: áp suất chỗ đặt quạt (mmHg) ρ : khối lượng riêng khí điều kiện chuẩn (kg/m ) ρ k : khối lượng riêng khơng khí điều kiện làm việc (kg/m ) • Chọn loại quạt II.9 – 57 N • Cơng suất trục động điện: Nđ = Qđ ∑ ∆Pđ 1000.η qđ η tr 3600 = 8,3119 (kW) Trong đó: η qđ : hiệu suất quạt η tr : hiệu suất truyền động trục, trục quạt nối với trục động khớp trục 4.3.2.2 Quạt hút • Năng suất quạt hút: 33 Q h = V’ = 12784,0606 (m /h) • Tổn thất quạt hút cần khắc phục: ∑ ∆P đ = ∑ ∆P = 3105,1876 = 1552,5938 (N/m 2 ) • Áp suất tồn phần H h Hh = H p 273 + t 760 ρ k = 1481,9409 (N/m ) 293 B ρ • Chọn loại quạt II.9 – 57 N • Cơng suất trục động điện: Nh = Qh ∑ ∆Ph 1000.η qh η tr 3600 = 8,5782 (kW) Trong đó: η qđ : hiệu suất quạt η tr : hiệu suất truyền động trục, trục quạt nối với trục động khớp trục 34 KẾT LUẬN Với nhiệm vụ giao sau trình nghiên cứu tài liệu, học hỏi, cố gắng với giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn, em hoàn thành đồ án thiết bị với đề tài: “Thiết kế hệ thống sấy thùng quay dể sấy cà phê với suất 1800 kh sản phẩm/h” Sau hồn thành xong đồ án, em tính tốn biết cách chọn thiết bị sau: Thiết bị chính: • Chiều dài: 8,2391 (m) • Đường kính: 2,0598 (m) • Tốc độ quay: 0,6577 (vịng/phút) • Thời gian sấy: 20 phút Thiết bị phụ: • Chọn cyclon • Chọn calorifer • Chọn quạt Bên cạnh giúp em hiểu sâu kĩ thuật sấy, nguyên tắc hoạt động, tính tốn thiết kế hệ thống sấy cách tra cứu sổ tay, tài liệu, mục đích tầm quan trọng thiết bị sấy thùng quay quy trình sản xuất Vì đồ án môn học mà em tiếp xúc, phần tài liệu tham khảo hạn chế kiến thức hạn hẹp Hơn nhiều hệ số tự chọn q trình thực khơng thể tránh sai sót Đồng thời, số liệu phương pháp tính tốn dựa theo nhiều nguồn tài liệu khác dẫn đến việc không đồng tính tốn sai số kết sau Vì vậy, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy để đồ án lần hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS – TSKH Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – Tập 3, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2006 [2] GS – TSKH Nguyễn Bin cộng sự, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2006 [3] GS – TSKH Nguyễn Bin cộng sự, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2006 [4] PGS – TSKH Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo dục, 2008 [5] PGS – TSKH Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, Nhà xuất Giáo dục, 2002 [6] PGS – TS Trịnh Xuân Ngọ, Cà phê kĩ thuật chế biến, 2009 [7] TS Võ Văn Quốc Bảo, Bài giảng Công nghệ sấy nông sản thực phẩm, 2015 [8] Lê Ngọc Trung, Bài giảng Quá trình thiết bị truyền chất, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, 2011 36