Đồ án thiết kế hệ thống sấy băng tải

MỤC LỤC MỞ ĐẦU THUYẾT MINH QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thơng số sử dụng tính tốn .4 Tính cân vật chất Thời gian sấy HẦM SẤY: I Băng tải .8 II Kích thước hầm 10 III Động băng tải 11 CÂN BẰNG NHIỆT 14 I Sấy lí thuyết .14 II Tổn hao nhiệt .15 III Sấy thực .23 THIẾT BỊ PHỤ .27 I Calorifer 27 II Cyclon .32 III Quạt 33 IV Gầu tải nhập liệu .36 TÍNH KINH TẾ 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 MỞ ĐẦU Trà thức uống có tính giải khát phổ thơng nhân dân đặc biệt nhân dân vùng châu Á Trà khơng có tác dụng giải khát mà cịn có tác dụng chữa bệnh trà có SVTH: Tống Thị Hương dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khối, tỉnh táo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hố… Trà sản phẩm chế biến từ trà non & búp trà (đọt trà) trà Quá trình chế biến trà thơng qua nhiều cơng đoạn: làm héo, vị, sàng, lên men, sấy… Trong sấy cơng đoạn quan trọng Mục đích sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình trình lên men nhằm giữ lại tối đa chất có giá trị trà giúp hình thành hương vị, màu sắc trà Làm giảm hàm ẩm trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước phân loại Trong thời gian sấy khô, tràbị biến đổi tính chất vật lí tính chất hóa học:  Tổng hàm lượng chất hồ tan giảm so với chè xong  Hàm lượng cafein giảm Đó bay phần thăng hoa hợp chất sấy khô Sự biến đổi Nitơ hòa tan Cafein sấy: Giai đoạn chế biến Nitơ hòa tan,mg Cafein, mg Nitơ amonic, mg Lá trà lên men 21,63 2,89 1,19 Bán thành phẩm 20,05 2,60 0,67  Nhóm chất hydratcacbon có biến đổi sau: Giảm hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% trà đen bán thành phẩm) Lượng protein giảm thời gian sấy Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khơ trước sấy cịn lại 1,81 g/kg sau sấy Trong sấy trà cần ý: • Tốc độ khơng khí nóng thổi vào buồng sấy q nhỏ gây tình trạng ứ đọng ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt • Nhiệt độ sấy q cao & khơng khí thổi vào q lớn làm cho trà bị cháy vụn, nhiệt độ cao làm giảm hương thơm mạnh Nhiệt độ cao gây tượng tạo bề mặt trà lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên ngồi, kết không tiêu diệt men triệt để & trà chứa nhiều ẩm bên làm cho chất lượng trà nhanh chóng xuống cấp thời gian bảo quản Các phương pháp sấy: - sấy thường - sấy có bổ sung nhiệt - sấy có đốt nóng chừng - sấy tuần hồn khí thải Trong đồ án ta chọn phương thức sấy thường khơng u cầu phải giảm nhiệt độ tác nhân sấy Mặt khác dùng phương pháp khác phức tạp kết cấu thiết bị dẫn đến không hiệu mặt kinh tế Thiết bị 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 bị vận chuyển băng tải phương án có ưu điểm sau: SVTH: Tống Thị Hương  Khi qua tầng băng tải vật liệu đảo trộn & xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy  Có thể đốt nóng chừng, điều khiển dịng khí  Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi trà  Hoạt động liên tục  Có thể thực sấy chiều, chéo chiều hay ngược chiều Bên cạnh ưu điểm phương án có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức tạp THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ: Ngay qúa trình lên men kết thúc, tức tiêu chất lượng đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men enzym Muốn công nghệ chế biến trà người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích vừa để làm khô trà, đồng thời tạo chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hồn thiện chất lượng sản phẩm Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm bồn chứa gầu tải đưa vào phận nhập liệu Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động giúp trà đưa vào máy sấy liên tục không bị nghẽn lại đầu băng tải Sau tay gạt điều chỉnh độ dày chè vào hầm sấy Khi vào hầm sấy chè chuyển động với băng tải đến cuối băng tải thứ chè đổ xuống băng tải thứ hai chuyển động theo chiều ngược lại băng tải cuối theo máng tháo liệu ngồi Sau sấy chè có độ ẩm 5% SVTH: Tống Thị Hương Tác nhân sấy(TNS): khơng khí nhiệt độ 25 oC vào quạt đẩy qua caloriphe gia nhiệt đến 100oC, khơng khí nóng theo đường ống vào hầm sấy Trong hầm khơng khí qua băng tải Sau khơng khí quạt hút cuối hầm sấy hút ngồi Một phần chè bị lôi TNS thu hồi cyclon Sở dĩ ta chọn nhiệt độ đầu TNS t2 = 40oC nhiệt độ vừa thích hợp tránh bị tổn hao nhiệt đảm bảo mặt sản phẩm không bị đọng sương SVTH: Tống Thị Hương PHẦN TÍNH TỐN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thơng số sử dụng tính tốn: Vật liệu sấy: Năng suất G2= 200 kg/h Độ ẩm đầu theo vật liệu ướt W1=60% • Độ ẩm đầu theo vật liệu khô ω1 = W1 60 = = 150% 100 − W1 100 − 60 Độ ẩm cuối vật liệu ướt W2 = 5% Tương tự : = 5,26% 100 − Khối lượng riêng vật liệu khô ρ0 = 24 kg/m3 (suy từ T45[2]) Nhiệt dung riêng vật liệu khô c vlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn nhiệt dung riêng thực phẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1]) • Tác nhân sấy: khơng khí nóng với thơng số tra chọn sau: Khơng khí vào caloriphe t0 = 25oC, ϕo = 85% Khơng khí vào hầm sấy t1 = 100oC Khơng khí khỏi hầm sấy t2 = 40oC Độ ẩm cuối theo vật liệu khô: ω2 = CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN CỦA KHƠNG KHÍ: I ( kJ/ kgkk) I B t1 I1 =I C0 t A t0 d0=d1 d2 d ( kg aå m/ kgkk) Khơng khí trước vào caloriphe (điểm A): Chọn nhiệt độ khơng khí trước vào caloriphe: to=25oC Đây nhiệt độ thấp năm Tp HCM Chọn đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường quanh năm Chọn độ ẩm khơng khí trước vào caloriphe: ϕo= 85% Aùp suất bão hòa: 4026,42 Pb = exp(12 − ) ,bar (2.31[1]) 235,5 + t SVTH: Tống Thị Hương Pbo = exp(12 − 4026,42 ) = 0,0315 bar 235,5 + 25 ϕPb (2.18[1]) B − ϕPb Trong B áp suất khí trời nơi định độ ẩm, lấy B= atm lấy B=1,013bar 0.85 × 0,0315 d o = 0,621 = 0,0167 kg ẩm/kg kk khơ 1,013 − 0.85 × 0,0315 Hàm ẩm: d = 0,621 enthalpy 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 do= 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô Io = 67,613 kJ/kg kk khô Khơng khí sau qua caloriphe (điểm B): Chọn nhiệt độ khơng khí sau caloriphe là: t1= 100oC Hàm ẩm d1= = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô 4026,42 ) Aùp suất bão hồ: Pb = exp(12 − 235,5 + t 4026,42 Pb1 = exp(12 − ) = 0,9987 bar 235,5 + 100 Độ ẩm không khí: Bd ϕ= Pb (0,621 + d ) × 0,0167 ϕ1 = = 0,0266=2,66% 0,9987(0,621 + 0,0167) Enthalpy I1: I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) I1=1,004x100 + 0,0167(2500 + 1,842x100) =145,226 kJ/kg kk khô (2.19[1]) (2.25[1]) Vậy:d1=do = 0,0167kg ẩm/kg kk khô I1 = 145,226 kJ/kg kk khô ϕ1 = 2,66% Khơng khí khỏi hầm sấy (điểm Co): Nhiệt độ khơng khí khỏi hầm sấy: t2 = 40oC Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khơ p suất bão hịa: 4026,42 Pb = exp(12 − ) ,bar 235,5 + t SVTH: Tống Thị Hương (2.31[1]) 4026,42 ) = 0,0732 bar 235,5 + 40 Pb = exp(12 − Hàm ẩm d20 : d 20 = (2.26[1]) I − 1,004t 2500 + 1,842t 145,226 − 1,004 × 40 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khơ 2500 + 1,842 × 40 Độ ẩm khơng khí: (2.19[1]) × 0,0408 ϕ 20 = = 85,32% 0,0732(0,621 + 0,0408) vậy:d2 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô I2 = I1 = 145,226 kJ/kg kk khô ϕ20 = 85,32% d 20 = BẢNG 1: Trạng thái toC ϕ% d, kgẩm/kgkkkhô I, kJ/kgkkkhô ν, m3/kg Điểm A (0) 25 85 0,0167 67,613 0,8865 Điểm B (1) 100 2,68 0,0408 145,26 1,1124 Điểm C (2) 40 85,32 0,0408 145,226 0,966 ν: thể tích riêng khơng khí tra bảng Phụ lục tài liệu [1] II CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Giả thiết q trình sấy khơng có tổn thất vật liệu sấy: G1(1 – W1) = G2 (1 – W2) − W2 − 0,05 Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bị: G1 = G2 = 200 = 475 (kg/h) − W1 − 0,60 Lượng ẩm bốc hơi: W= G2 – G1 = 475 – 200 = 275 kg/h Cân ẩm: W = L(d2 – d1) = L (d2 – d0) Lượng khơng khí khơ cần để bốc kg ẩm vật liệu: 1 L l= = = = 41,494 kg kk khô/kg ẩm d2 − d0 0,0408 − 0,0167 W Lượng khơng khí khơ cần: Lo= lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h THỜI GIAN SẤY Theo tài liệu “ Kĩ thuật chế biến chè” I.A.Khotrolava (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dịch) SVTH: Tống Thị Hương Độ ẩm đầu, % U’(vl ướt) U (vl khô) 63,5 173,97 14,3 16,69 63,5 173,97 Độ ẩm cuối, % U’ U 20,1 25,16 5,72 6,07 5,72 6,07 Thời gian sấy, h 0,32 0,25 0,52 Gọi Uth: độ ẩm tới hạn, U*: độ ẩm cân Thay vào phương trình thời gian sấy: U − U th U th − U * U th − U * + ln τ= o N N U2 −U * Ta được: 173,97 − U th U th − U * U −U * + ln th 0,32 = N N 25,16 − U * 16,69 − U th U th − U * U th − U * + ln 0,25 = N N 6,07 − U * 173,97 − U th U th − U * U th − U * + ln 0,52 = N N 6,07 − U * Giải hệ phương trình ta được: Uth = 79,57% U* = 0,38% N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khơxh) Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ U o= 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy đề tài) tốn khoảng thời gian là: 150 − U th U th − U * U th − U * + ln τ= N N 5,26 − U * 150 − 79,57 79,57 − 0,38 79,57 − 0,38 + ln = 582,52 582,52 5,26 − 0,38 = 0,4997 h = 29,98 ph ≈ 30 ph = 0,5h thời gian sấy 30 phút SVTH: Tống Thị Hương TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY I BĂNG TẢI: Số lượng băng tải: • Khối lượng riêng chè có W1= 60%: W1 − W1 = + ρ1 ρ n ρo khối lượng riêng nước :ρn = 998 kg/m3 khối lượng riêng chè khô:ρo = 24 kg/m3 thay vào công thức ta được: 0,6 − 0,6 = + ρ1 998 24 ⇒ ρ1 = 57,91 kg/m3 • Thể tích vật liệu chứa thiết bị: G1 V= V1τ = τ (6.28[2]) ρ1 V1, G1, ρ1: thể tích, khối lượng khối lượng riêng vật liệu vào thiết bị: τ : thời gian sấy G1 475 ⇒ V1= = = 8,202 m3/h ρ1 57,91 • Năng suất thiết bị sấy băng tải: δBLb V1 = (6.29[2]) τ δ: chiều dày lớp vật liệu băng tải, m δ = 0,03m B: chiều rộng băng, m Lb: chiều dài băng tải, m Chọn B = m Thay số vào phương trình ta được: 8,202 × 0,5 Vτ Lb = = = 68,35 ≈ 69 m 0,03 × δB • Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn Số tầng băng tải chọn i = 69 Chiều dài băng tải là: lb = = 23 m Tính lăn đỡ băng:  Khoảng cách lăn nhánh có tải: lt = A – 0,625B (5.8[2]) A: số phụ thuộc khối lượng riêng vật liệu ρ = 57,91< 1000 kg/m3 ⇒A= 1750mm Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x = 0,45 m  Khoảng cách hai lăn nhánh không tải: lo = 2lt = x 0,45 = 0,9 m SVTH: Tống Thị Hương  Số lăn bằng: lb 23 = = 25,6 chọn 26 lo 0,9 lb 23 Nhánh có tải: n2 = = = 51,1 chọn 52 lt 0,45 ⇒ tổng số lăn cần dùng là: n = (n1 + n2 ) x i = (26 + 52) x = 234  Kích thước lăn: Đường kính 120mm Chiều dài 2000mm Làm thép CT3  Kích thước bánh lăn: Đường kính 300mm = φ Chiều dài 2000mm Làm thép CT3 Nhánh khơng tải: n1= II KÍCH THƯỚC THÂN THIẾT BỊ Chiều dài: Lh = lb + Lbs = 23 + 2.0,5 = 24 m Chiều cao: chọn khoảng cách băng 0,9 m Hh = i dbăng + (i-1)d + 2dbs = 3x0,3 + 2x0,9 + 2x0,9= 4,5 m Chiều rộng: Bh = B + 2Bbs = + 2x0,3 = 2,6 m  Kích thước phủ bì: - tường xây gạch, bề dày tường δ1= 250 mm Tường 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 dịng khí q trình sấy lí thuyết: V ωk = Ftd với ωk: vận tốc TNS hầm sấy Vo: lưu lượng thể tích TNS Ftd: tiết diện tự hai tầng băng tải: Ftd= Bhd = 2,6x0,9 = 2,34 m2 Lưu lượng thể tích điểm B Co VB = LoνB = 11410,85x 1,1124 = 12693,43 m3/h VC0 = LoνB = 11410,85x 0,966 = 11022,88 m3/h Lưu lượng thể tích trung bình: Vo = ½( VB + VCo) = ½ (12693,43 + 11022,88) = 11858,15 m3/h ⇒ vận tốc dịng khí: SVTH: Tống Thị Hương 10 TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ I CALORIFER: tính tốn theo tài liệu [6] Sử dụng calorifer khí để gia nhiệt khơng khí:  Hơi bão hịa ống  Khơng khí ngồi ống  Các thơng số vật lí bão hịa tra T318[4] to = 120oC p = 2,025at r=2207kJ/kg: ẩn nhiệt hóa Tính tốn nhiệt calorifer:  Công suất nhiệt calorifer: Q= qW = 3470,759 x275 = 954458,725 kJ/h = 265,127 kW  Lượng cần thiết để gia nhiệt khơng khí: Giả sử hiệu suất calorifer 95% Q 954458,725 GH = = = 455,230 kg/h r × 0,95 2207 × 0,95  Sử dụng ống chùm có cánh (ống làm thép CT10) d2: đường kính ngồi, d1: đường kính d2 30 chọn ống = d1 26 - chiều dài ống: l=1m đường kính cánh dc= 38mm chiều dày cánh δc= 0,5mm dc bước ống s1= s2 = 44mm h khoảng cách cánh t= 3mm ống thép có hệ số dẫn nhiệt λ=45W/m2K, cánh đồng λc=110W/mδ2cK t Hình 1: Các kích thước cánh trịn Tính hiệu số nhiệt độ strung bình: d2 SVTH: Tống Thị Hương s2 26 s1 - Hiệu số nhiệt độ dòng lưu chất đầu vào calorifer: F cl F1l Fcl : diện tích phần cánh ống Fol Fol : diện tích phần khơng cánh ống F2l : diện tích ngồi ống có cánh (phía khơng khí) F1l : diện tích ống có cánh (phía nước ngưng tụ) λ Hình 2: Các diện tích bề mặt ống có δ cánh     Fo1  Số cánh ống với sc = t+ δc = 3+ 0,5 = 3,5mm l nc = = = 286 cánh sc 0,0035 Chiều cao cánh: 38 − 30 d −d h= c = = mm 2 Diện tích cánh (bỏ qua phần đỉnh cánh) πd2 πd2 Fcl = 2( c − )nc 4 π0,038 π0.03 = 2( − )286 = 0,244 m2 4 Diện tích khoảng cách cánh: = πd2tnc = πx0,03x0,003x286 = 0,081 m2 Đường kính tương đương ống: (2-127[6]) Fc 2nc F01d2 + Fc1 dE = =   (2-126[6]) F +F 1 c 0,081 × 0,03 + 0,244 0,244 × 286 = 0,0179 m 0,081 + 0,244 Chọn vận tốc khí vào calorifer ω = 3,5 m/s Tốc độ khơng khí khe hẹp: SVTH: Tống Thị Hương 27 ω 3,5 hδ c = d 0,03 × 0,004 × 0,0005 = 11,98 m/s ωmax = 1− ( + ) 1− ( + ) s1 s1sc 0,044 0,044 × 0,0035  Nhiệt độ trung bình khơng khí calorifer: 25 + 100 tf = = 62,5oC  Các thông số khí: Độ nhớt khơng khí γ =19,23.10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt λ = 0,0292 W/m2độ  Tiêu chuẩn Re khơng khí: ω maxdE Ref = γ 11,98 × 0,0179 = = 11151,43 19,23.10 −6  Oáng xếp sole, ta có: Nuf = 0,251 Re 0,67  s1 − d2     d2  = 0,251(11151,43) 0,67 −0 ,2  s − d2  × + 1  t   44 − 30   30  −0,2 (2-129[6]) (2-125a[6]) −0 ,2  44 − 30  × + 1   (2-125[6]) −0 ,2 = 106,39 Hệ số toả nhiệt cánh: Nuf λ 106,39 × 0,0292 αc = = = 173,552 W/m2độ dE 0,0179  Hệ số toả nhiệt tương đương phía ống có cánh: F1 α = α c c1 (η c + χ) F2  đó: (2-118[6]) F21 = Fc1 + Fo1 = 0,244+0,081 = 0,325 m2 χ= F01 0,081 = = 0,332 Fc1 0,224 ηc : hiệu suất cánh 2α c × 173,552 = = 79,44 λ cδ c 110 × 0,0005 βh = 79,44x0,004 = 0,350 m (1) dc 38 = = 1,27 (2) d2 30 từ (1) (2) tra đồ thị 2.31 T109[6] ta có: ηc =0,95 0,244 α = 173,552 × (0,95 + 0,332) = 167,04 W/m2độ ⇒ 0,325 β= SVTH: Tống Thị Hương (2-121[6]) 28  Hiệu suất truyền nhiệt: d2 30 = = 1,15