TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH CÀ PHÊ VỚI CÔNG SUẤT 200 lít24h

0 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN DỊCH CÀ PHÊ VỚI CƠNG SUẤT 200 lít/24h Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Tấn Dũng Sinh viên thực Trịnh Khánh Long GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng 14116089 Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU TÊN GỌI VÀ CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN 1.1 Cơ sở khoa học sấy phun 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.2 Quá trình tách ẩm vật liệu sấy sấy phun 10 1.2 Tình hình nghiên cứu nước cơng nghệ sấy phun .10 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước công nghệ sấy phun 11 1.4 Nguyên liệu 12 1.4.1.Nguyên liệu – Cà phê 12 1.4.2 Nguyên liệu phụ .16 1.5 Công nghệ sấy phun 16 1.6 Thiết bị sấy phun 18 1.6.1 Tổng quan thiết bị 18 1.6.2 Nguyên lý hoạt động 22 1.6.3 Tác nhân sấy 23 1.6.4 Chất tải nhiệt 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN26 2.1 Quy hoạch mặt xây dựng nhà xưởng lắp đặt hệ thống sấy phun cà phê .26 2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế nhà xưởng thực phẩm .26 2.1.2 Địa điểm xây dựng nhà máy 27 2.1.3 Thiết kế xây dựng nhà xưởng 28 2.2 Đối tượng nghiên cứu tính tốn 30 2.2.1 Quy trình sản xuất cà phê hòa tan 30 2.2.2 Lựa chọn phương án nghiên cứu 33 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tính tốn 34 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN 37 3.1 KẾT QUẢ .37 GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ 3.1.1 Các thơng số ban đầu cần thiết cho tính tốn 37 3.1.2 Tính cân vật chất .40 3.1.3 Tính cân lượng 42 3.1.4 Tính tốn thời gian sấy .47 3.1.5 Tính tốn kích thước tháp sấy 49 3.1.6 Tính tốn chọn Xyclone 51 3.1.7 Hệ thống ống dẫn .53 3.1.8 Tính toán thiết kế bơm nhập liệu .53 3.1.9 Tính tốn phận tạo sương 55 3.1.10 Tính tốn quạt hút 55 3.1.11 Tính tốn Calorife 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ DANH MỤC HÌNH Hình Mặt cắt ngang hạt cà phê ……………………………………………………12 Hình Sơ đồ bố trí số buồng sấy hệ thống sấy phun…… 17 Hình Cơ cấu phun đĩa ly tâm …………………………………………………… 19 Hình Cơ cấu phun áp lực…………………………………………………… 19 Hình Các dạng chuyển động dịng ngun liệu……………………………… 20 Hình Sơ đồ hệ thống sấy phun………………………………………………… 22 Hình Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hịa tan…………………………………… 30 Hình Sơ đồ thiết kế tính tốn hệ thống sấy phun……………………………….36 Hình Sơ đồ cân vật chất cho thiết bị sấy…………………………………… 40 Hình 10 Sơ đồ cân lượng cho thiết bị…………………………………….42 Hình 11 Thanh điện trở chữ U có cánh tản nhiệt…………………………………….61 Hình 12 Calorifer điện chữ U công suất 9,9 kW…………………………….61 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tên gọi chữ viết tắt……………………………………………………….6 Bảng 1.2 Thành phần hóa học cà phê………………………………………… 15 Bảng 2.1 Diện tích phân xưởng sản xuất……………………………………… 29 Bảng 2.2 Diện tích phân xưởng phục vụ cho sản xuất ………………………… 29 Bảng 2.3 Diện tích khu vực hành cơng trình khác………………………….29 Bảng 3.1 Các thơng số ban đầu cho tính tốn……………………………………… 37 Bảng 3.2 Thành phần ngun liệu dịch trích sau đặc…………………………37 Bảng 3.3 Thành phần nguyên liệu cà phê bột hòa tan ……………………………….39 Bảng 3.4 Thơng số trạng thái khơng khí q trình sấy lý thuyết………….43 Bảng 3.5 Kích Thước chi tiết xyclone……………………………………………….52 GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Bảng 3.6 Các thông số bơm nhu động………………………………………… 54 LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu, người ứng dụng công nghệ sấy vào chế biến thực phẩm ích lợi mà cơng nghệ mang lại, khơng lợi ích mặt kinh tế mà mặt chất lượng thực phẩm Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, bên cạnh đa dạng hóa lĩnh vực thực phẩm, mà mặt hàng sản phẩm thực phẩm đời ngày nhiều với chất lượng không ngừng cải thiện Trong số phải kể đến dịng sản phẩm “Cà phê hòa tan” với tiện dụng tuyệt vời Cà phê hòa tan xuất thị trường vào năm 1950 phát triển nhanh chóng trở thành loại cà phê phổ biến Loại cà phê tiện sử dụng, bảo quản lâu dễ sử dụng Trước năm 2000 thị trường cà phê hoà tan ởViệt Nam nghèo nàn chủng loại sản phẩm nhà đầu tư quan tâm, thị trường chiếm đến 1/3 tỷ trọng sản lượng cà phê tiêu thụ Đằng sau thành q trình nghiên cứu, thử nghiệm khơng ngừng đời Công nghệ sấy phun, mà ngày trở nên quen thuộc với kỹ sư ngành công nghệ thực phẩm Công nghệ sấy đời đánh dấu bước chuyển thực phẩm dạng lỏng nói chung cà phê nói riêng, giúp cho thực phẩm bảo quản lâu đặc biệt ngày thu hút quan tâm ý người tiêu dùng nhiều phong phú sản phẩm Chính lý trên, sinh viên ngành công nghệ thực phẩm với đồ án Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm, em giao đề tài: “Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch trích cà phê với cơng suất 200 lít/24h” tính theo ngun liệu vào Với đề tài này, giúp em nhiều việc bổ sung kiến thức thiếu công nghệ sấy phun, biết ứng dụng thực tế đặc biệt ngành thực phẩm Và em hy vọng với đề tài giúp người hiểu phần công nghệ sấy phun, xem tài liệu bổ ích cho muốn nghiên cứu sâu cơng nghệ này- cơng nghệ có tính ứng dụng thực tế cao GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Bảng 1.1 TÊN GỌI VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu VLS TNS Ý nghĩa Vật liệu sấy Tác nhân sấy Ρ Khối lượng riêng kg/ Nhiệt dung riêng kJ/kg.K D , Độ chứa ẩm , Đơn vị kg/h kg/h Kg /kg kkk Áp suất bão hịa bar Enthalpy khơng khí kJ/kgkkk Vận tốc Bán kính tán phun Độ nhớt m/s m Pa.s Hệ số dẫn nhiệt Hệ số cấp nhiệt k S Độ nhám Bề dày Hệ số trở lực mm m MỞ ĐẦU i Đặt vấn đề Công nghệ sấy phun, q trình chuyển hóa vật liệu từ thể lỏng sang thể rắn với công đoạn, ứng dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa học cơng nghệ nano Q trình sấy phun ứng dụng sản xuất vật liệu nano hạt nano, chất xúc tác nano, thuốc nano…hoặc dạng bột mịn Nguyên tắc đơn giản phun chất lỏng vào dòng khí nóng, sau làm bay làm khơ giọt phun, cuối phân riêng thu nhận sản phẩm dạng hạt rắn hệ thống cyclone.[9] Kích thước hạt sản phẩm sau thông số tốc độ nhập liệu (Suspension flow) loại vịi phun chất lỏng (Liquid atomizer) có ảnh hưởng định đến thiết kế máy/hệ thống sấy phun, đặc biệt buồng sấy.[9] Chính vậy, bên cạnh phụ thuộc vào tính chất loại thực GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ phẩm thống số ban đầu đóng vai trị thiết yếu q trình tính tốn thiết kế hệ thống sấy phun thực phẩm ii Mục tiêu đồ án Họ tên sinh viên: Trịnh Khánh Long Ngành: Công nghệ thực phẩm Lớp: 141161B Tên đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch cà phê với công suất 200 lít/24h Nhiệm vụ đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun quy mơ công nghệ sử dụng nguyên liệu ban đầu dịch trích cà phê Lựa chọn cơng suất 200 lít/24h Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 20/12/2017 iii Nội dung đồ án Trong nội dung đồ án này, em đưa tính tốn sở, từ xây dựng nên hệ thống sấy phun dùng công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan, với nguyên liệu đầu vào dịch trích cà phê Trong q trình tính tốn, thiết kế hẳn khơng tránh khỏi sai sót, em mong thầy góp ý xây dựng để báo cáo em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! iv Giới hạn nghiên cứu đồ án Trong giới hạn môn đồ án này, em nghiên cứu tập trung vào thông số thiết bị, lựa chọn vật liệu, chọn phận cho tối ưu (đầu phun, …), tính tốn cân vật chất, từ sở tiến hành thiết kế hệ thống sấy phun theo công suất u câu, mà khơng q sâu đặc tính nguyên liệu biến đổi nguyên liệu trình sấy thiết kế hệ thống nhà xưởng v Ý nghĩa khoa học GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ + Làm sở khoa học việc thực nghiệm khảo sát tính chất nhiệt - vật lý vật liệu sấy ảnh hưởng đến trình cấp nhiệt tách ẩm điều kiện thời gian tách ẩm ngắn + Kiểm chứng lại sở khoa học lý thuyết nhiệt động học trình phân tán tiếp xúc nhiệt dòng nguyên liệu trình sấy phun vi Ý nghĩa thực tiễn + Ứng dụng công nghệ sấy phun vào sản xuất cà phê hòa tan mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng Ứng dụng ngành thực phẩm dược phẩm để tạo mẫu sản phẩm dạng bột + Hệ thống thiết bị sấy phun thiết kế có suất nhập liệu 200 lít/24h sử dụng cho công tác nghiên cứu giảng dạy trường đại học viện nghiên cứu GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẤY PHUN 1.1 Cơ sở khoa học sấy phun 1.1.1 Một số khái niệm a) Vật liệu ẩm Trong vật liệu ẩm gồm có vật chất rắn, lỏng khí Vì khối lượng chất khí nhỏ bỏ qua, nên vật ẩm xem gồm hai thành phần chất rắn chất lỏng (hay gọi ẩm) Độ ẩm vật biểu thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối độ chứa ẩm Độ ẩm tuyệt đối tỷ số khối lượng ẩm chứa vật với khối lượng vật khô tuyệt đối Công thức xác định độ ẩm tuyệt đối là: 100 (%) Trong đó: (CT [1-1], Hồng Văn Chước, [7]) Gn: khối lượng ẩm chứa vật liệu (kg) Gk: khối lượng vật khô tuyệt đối (kg) Độ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0% đến vật có độ ẩm Vật có độ ẩm tuyệt đối 0% vật khơ tuyệt đối nước Độ ẩm tồn phần tỷ số khối lượng ẩm chứa vật với khối lượng vât ẩm, ký hiệu độ ẩm tương đối sau: 100 (%) (CT [1-2], Hoàng Văn Chước, [7]) Trong đó: G – khối lượng vật ẩm: G = Gn + Gk [kg] Độ ẩm tương đối có giá trị từ – 100% Vật có độ ẩm tồn phần 0% vật khơ tuyệt đối 100% nước GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Page ... án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch cà phê với công suất 200 lít/24h Nhiệm vụ đồ án: Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun quy mơ công nghệ sử dụng nguyên liệu ban đầu dịch trích cà phê. .. phẩm với đồ án Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm, em giao đề tài: ? ?Tính tốn, thiết kế hệ thống sấy phun dịch trích cà phê với cơng suất 200 lít/24h” tính theo ngun liệu vào Với đề tài này, giúp... cách phun ngun liệu vào mơi trường sấy nóng” (Masters, 1991) Hệ thống sấy phun hệ thống chuyên dùng để sấy VLS dạng dung dịch huyền phù, ví dụ trong công nghệ sản xuất sữa bột, bột trứng, cà phê