đề tài thiết kế hệ thống sấy phun để sản xuất cà phê hòa tan với năng suất thiết bị 445kg h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT HUẾ NAM KHOA CƠ KHÍ VÀ CƠNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc  -* - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên sinh viên: Lớp: Nghành học: Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy phun để sản xuất cà phê hòa tan với suất thiết bị 445kg/h Số liệu ban đầu - Năng suất sản phẩm: 445kg/h - Độ ẩm ban đầu: 45% - Độ ẩm cuối cùng: 3% Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Đặt vấn đề - Tổng quan - Tính tốn cân vật chất q trình - Tính thiết bị - Tính cân lượng - Tính thiết bị phụ - Kết luận - Tài liệu tham khảo Bản vẽ Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hồn thành: Huế, ngày Trưởng mơn tháng năm Giáo viên hướng dẫn DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng tổng kết cho vật liệu sấy Bảng Bảng tổng kết cho tác nhân sấy Bảng Tổng kết tính tốn cân nhiệt lượng Bảng Các kích thước Xyclon ĐẶT VẤN ĐỀ Cà phê là loại thức uống được ủ từ hạt cà phê rang, lấy từ quả của cây cà phê Các giống cà phê bắt nguồn từ vùng nhiệt đới châu Phi vùng Madagascar, Comoros, Mauritius và Réunion trên khu vực thuộc đường xích đạo Sau chín, cà phê hái, chế biến phơi khô Hạt cà phê khô rang nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu thị hiếu Hạt cà phê sau rang đem xay ủ với nước sôi để tạo cà phê dạng thức uống Cà phê mặt hàng xuất lớn: đứng đầu số mặt hàng xuất nông nghiệp nhiều quốc gia mặt hàng xuất nông nghiệp hợp pháp lớn giới. Đây loại hàng hóa có giá trị xuất quốc gia phát triển Cà phê xanh (không rang) mặt hàng nông nghiệp buôn bán nhiều giới Cùng với phát triển đất nước với tiến khoa học kỹ thuật ,các ngành công nghiệp nước ta có chuyển biến rõ rệt đặc biệt ngành công nghệ chế biến thực phẩm.Bởi lẽ,đời sống người ngày nâng cao địi hỏi sản phẩm thực phẩm ngày đa dạng,phong phú để đáp ứng tốt nhu cầu người Nhờ mà thị trường có nhiều sản phẩm thực phẩm đa dạng, sản xuất, chế biến theo nhiều phương pháp khác Để đáp ứng nhu cầu ngày cao người, kéo dài thời gian bảo quản tạo nhiều loại sản phẩm phong phú người ta nghiên cứu phương pháp sấy Nhằm loại bỏ nước tách ẩm khỏi vật liệu sấy Đối với sấy có nhiều thiết bị sấy khác thiết bị sấy hầm, sấy thùng quay, sấy băng tải, sấy tháp, sấy phun Trong thiết bị sấy phun thiết bị sấy sử dụng rộng rãi sấy bột hoa Một sản phẩm sấy sử dụng rộng rãi cà phê hòa tan Là sản phẩm tiện lợi ưa chuộng thị trường Việt Nam thị trường quốc tế Cà phê ưa chuộng giới có mức tiêu thụ cao Với người sử dụng ngày nhiều cộng với nhịp sống hối thời đại công nghiệp, việc pha chế cà phê phin nảy sinh nhiều bất lợi thời gian Chính cà phê hịa tan ngày ưa chuộng tiện lợi Cà phê hịa tan bảo quản lâu tiện lợi, khơng làm nhiều thời gian để chế biến trước sử dụng Để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng, nhà sản xuất không ngừng nghiên cứu sản phẩm cà phê hòa tan phong phú đa dạng hình thức lẫn chất lượng, với dây chuyền cơng nghệ ngày tiên tiến Qua q trình tìm hiểu cà phê, em chọn đề tài: Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun để sản xuất cà phê hòa tan với suất 445kg/h CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHẦN 1.NỘI DUNG 1.1 Tổng quan sấy  Khái niệm Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu rắn hay lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu (như vật liệu gốm, sứ, gỗ, ), bảo quản tốt thời gian dài, hạn chế phát triển vi sinh vật phản ứng sinh hoá lương thực, thực phẩm 1.2 Nguyên tắc Sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm trình khuếch tán bên bên ngồi vật liệu rắn đồng thời với q trình truyền nhiệt Đây qúa trình nối tiếp, tức trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu 1.3 Phân loại sấy Gồm hai phương thức: - Sấy tự nhiên: Dùng lượng sẵn có tự nhiên để thực q trình sấy lượng mặt trời,năng lượng gió,…( gọi trình phơi hay sấy tự nhiên)  Ưu điểm:  Ít tốn lượng, đơn giản,rẻ tiền  Nhược điểm:  Năng suất thấp  Phương pháp thời gian sấy dài  Tốn nhân công,mặt xây dựng  Khó điều chỉnh thơng số q trình sấy  Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết  Vật liệu sau sấy lượng ẩm cao - 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 làm nhiều dạng khác nhau:  Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc vật liệu sấy với tác nhân sấy khơng khí nóng, khói lị,…  Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy 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 nhiệt phát truyền cho nguyên liệu sấy  Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dung lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu  Sấy thăng hoa: phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp, nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành không qua trạng thái lỏng 1.4: Mục dích - Nhằm giảm khối lượng, tăng độ bền, tăng thời gian bảo quản vật liệu người ta sử dụng phương áp sấy thông qua các hệ thống sấy - Quá trình sấy bản chất trình tách ẩm ra khỏi vật liệu cần sấy để thải ngồi mơi trường Ẩm có mặt vật liệu nhận lượng theo phương thức tách khỏi vật liệu cần sấy dịch chuyển từ lòng vật thể bề mặt, từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh - Việc dịch chuyển ẩm phụ thuộc vào độ chênh phân áp suất nước ở vùng khác Ẩm dịch chuyển từ khu vực có phân áp suất cao đến khu vực có phân áp suất thấp 1.5 Sấy phun  Khái niệm: Là phương pháp sản xuất bột khô từ chất lỏng bùn cách làm khơ nhanh khí nóng Đây phương pháp sấy ưa thích nhiều vật liệu nhạy cảm với nhiệt thực phẩm dược phẩm Sự phân bố kích thước hạt phù hợp lý để sấy phun số sản phẩm cơng nghiệp chất xúc tác Khơng khí mơi trường sấy nóng; nhiên, chất lỏng dung môi dễ cháy ethanol sản phẩm nhạy cảm với oxy nitơ sử dụng  Ưu điểm,nhược điểm:  Ưu điểm - Tính chất chất lượng sản phẩm đạt điểm tốt Sản phẩm sau sấy có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, độ hịa tan cao (90-100%), độ ẩm thấp (34%), khơng cần phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng chế biến - Có thể sấy ngun liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ nhiệt độ sấy thấp, thời gian sấy nhanh khí nén thường dùng khơng khí khí trơ - Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động suất cao liên tục Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị điều kiện khơ việc chọn vật liệu chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản  - Khoảng nhiệt độ tác nhân sấy rộng từ 150 – 600° C hiệu tương tự loại thiết bị khác  Nhược điểm - Sấy phun không thuận lợi cho sản phẩm có tỷ trọng lớn - Khơng linh động, thiết bị thiết kế cho sản xuất sản phẩm có kích thước nhỏ khơng thể dùng sản xuất sản phẩm có kích thước lớn - Vốn đầu tư cao 1.5.1 Nguyên lý trình sấy: Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chệnh 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 mơi trường khơng khí xung quanh 1.5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy sấy phun:  Cấu tạo:  Cơ cấu phun: có chức đưa nguyên liệu (dạng lỏng ) vào buồng dạng hạt mịn (sương mù).Qúa trình tạo sương mù định kích thước giọt lỏng phân bố chúng buồng sấy ảnh hưởng đến giá trị truyền nhiệt tốc độ sấy.Cơ cấu phun có dạng như:cơ cấu phun áp lực,cơ cấu phun khí động đầu phun li tâm  Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) tác nhân sấy ( khơng khí nóng).Buồng sấy có nhiều hình dạng khác phổ biến buồng sấy hình trụ đứng,đáy cơn.Kích thức buồng sấy (chiều cao,đường kính…) thiết kế phụ thuộc vào kích thước hạt lỏng quỷ đạo chuyển động chúng,tức phụ thuộc vào loại cấu phun sương sử dụng  Tác nhân sấy: Khơng khí nóng tác nhân sấy thông dụng nhất,hơi tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất.Nhiệt độ sử dụng thường giao động khoảng 150-250 độ C.Nhiệtđộ trung bình khơng khí thấp nhiệt độ sử dụng 10 độ C  Hệ thông thu hồi sản phẩm: Bột sau sấy phun thu hồi cửa đáy buồng sấy,để tách sản phẩm khỏi khí thốt,người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau:lắng xoáy tâm,lọc,lắng tĩnh điện… Phổ biến phương pháp lắng xoáy tâm,sử dụng cylon  Quạt: Để tăng lưu lượng tác nhân sấy,người ta sử dụng quạt ly tâm.Ở quay mô công nghiệp,các hệ thống sấy phun người ta trang bị hệ thống hai quạt.Quạt đặt sau phận thu hồi bột sản phẩm từ dịng khí thốt.Cịn quạt phụ đặt thiết bị gia nhiệt không khí trước vào buồng sấy Hình 1.5: Cấu tạo máy sấy phun Buồng sấy Caloriphe Thùng chứa nguyên liệu cần sấy Bơm nguyên liệu Cơ cấu phun mẫu Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí Cyclon vận chuyển sản phẩm.8 Hệ thống quạt hút màng lọc  Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu từ thùng chứa (3) bơm vào số (4) bơm vào buồng sấy (1),khi vào buồng sấy phân bố mẫu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cấu phun.khơng khí nóng thổi qua clorifer (2) đưa vào buồng sấy.khơng khí nóng ngun liệu dạng mù tiếp xúc với vài giây cấu phun mẫu (5) đặt buồng sấy, nước từ ngun liệu bốc sau ngoài,sản phẩm đươc thu gom đáy cyclon (6) làm nguội thu hồi.Một phần bụi mịn theo không khí qua cyclon (7) sau qua lọc vải (8) nhằm thu hồi hạt bụi mịn cịn sót lại thải ngồi Khơng khí nhờ quạt thổi qua trao đổi nhiệt caloriphe nâng lên nhiệt độ cần thiết theo yêu cầu chế độ sấy.khơng khí trước qua trao đổi nhiệt lọc thiết bị lọc 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy  Nhiệt độ tác nhân sấy: yếu tố ảnh hưởng định đến độ ẩm sản phẩm sau sấy phun, độ ẩm bột sản phẩm thu giảm ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao gây phân hủy số cấu tử nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt làm tăng mức tiêu hao lượng q trình  Kích thước, số lượng quỹ đạo chuyển động hạt nguyên liệu buồng sấy  Nồng độ chất khô nguyên liệu: nồng độ cao giảm thời gian bốc lại tăng độ nhớt nguyên liệu, gây khó khăn cho q trình sấy phun, nồng độ thấp tốn nhiều thời gian lượng cho trình 1.6 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt chế độ sấy 1.6.1 Tác nhân sấy  Tác nhân sấy chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào mơi trường, tác nhân sấy khơng khí, khói lị số chất lỏng dầu mỏ,…  Nhiệm vụ tác nhân sấy:  Gia nhiệt cho vật sấy  Mang ẩm từ bề mặt môi trường  Tránh tượng vật liệu sấy bị hỏng trình nhiệt  Cơ chế trình sấy gồm hai giai đoạn: giai đoạn gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa giai đoạn mang ẩm từ bề mặt vào môi trường Để thải ẩm bay từ vật sấy vào mơi trường dùng biện pháp:  Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt  Dùng bơm để hút ẩm từ vật sấy tải 10 ... chuyền công nghệ ngày tiên tiến Qua trình tìm hiểu cà phê, em chọn đề tài: Thiết kế h? ?? thống thiết bị sấy phun để sản xuất cà phê h? ?a tan với suất 445kg/ h CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHẦN 1.NỘI DUNG... nước tách ẩm khỏi vật liệu sấy Đối với sấy có nhiều thiết bị sấy khác thiết bị sấy h? ??m, sấy thùng quay, sấy băng tải, sấy tháp, sấy phun Trong thiết bị sấy phun thiết bị sấy sử dụng rộng rãi sấy. .. dịch,gel,paste ,h? ?? vữa,huyền phù  Nhược điểm sấy phun: 12  Tốn nhiều lượng  Chi phí đầu tư thiết bị cao  Vì vậy, ta thiết kế thiết bị sấy phun để sấy cà phê h? ?a tan với:  Chọn tác nhân sấy