Đồ án máy sấy phun đồ án máy sấy phun đồ án máy sấy phun

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .2 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ .2 1.1.1 Sơ lược trình phát triển sản phẩm 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng máy sấy phun Việt Nam giới……………………………………………………………………………….3 1.2 NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN LOẠI MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Thiết bị sấy phun ly tâm 1.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY PHUN 1.3.1 Hệ thống sấy phun dùng nghiên cứu 1.3.2 Thiết bị sấy phun đáy phẳng .7 1.3.3 Máy sấy phun ly tâm tốc độ cao LPG .9 1.4 QUY TRÌNH CHẾ BIẾN BỘT HỊA TAN .10 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 13 NGHIÊN CỨU 13 2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY SẤY PHUN 13 2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY 18 Chương 3: TÍNH TỐN THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ 19 SẤY PHUN .19 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 19 3.1.1 Xác định lượng ẩm cần bốc 20 3.1.2 Xác định thơng số q trình sấy lý thuyết 20 3.1.3 Xác định thông số trình sấy thực .22 3.1.4 Xác định đường kính tiết diện đĩa phun .25 3.1.5 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình 26 3.1.6 Xác định tốc độ tác nhân sấy 27 3.1.7 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích ɑv 29 3.2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 31 3.2.1 Tính tốn lựa chọn xyclon .31 3.2.2 Tính tốn, lựa chọn quạt 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 KẾT LUẬN .35 KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Danh mục hình Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sấy phun………………………………………………5 Hình 1.2 Hệ thống sấy phun Mobile Minor dùng nghiên cứu……………7 Hình 1.3 Cấu tạo thiết bị sấy phun đáy phẳng…………………………….…….8 Hình 1.4 Máy sấy phun sương ly tâm tốc độ cao LPG…………………… ….9 Hình 1.5 Sơ đồ quy trình chế biến bột chè xanh hịa tan………………………11 Hình 2.1: Máy sấy phun ly tâm…………………………………………….… 13 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển tiến khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp nước ta có chuyển biến rõ rệt đặc biệt ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Bỡi lẽ, đời sống người ngày nâng cao địi hỏi sản phẩm thực phẩm phải ngày phong phú đa dạng để đáp ứng tốt nhu cầu người Tuy nhiên, thực phẩm thực phẩm dạng lỏng sữa, nước ép trái cây, cà phê việc đa dạng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến tính chất dễ bị hư hỏng tác động vi sinh vật, môi trường xung quanh kéo theo thời gian bảo quản sử dụng hạn hẹp Hiểu điều đó, nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ chế biến cho thực phẩm dạng lỏng này, trội hết công nghệ sấy như: Sấy thăng hoa, sấy phun, sấy tầng sôi, sấy khí động nhằm tách bớt nước khỏi thực phẩm, biến thực phẩm dạng lỏng thành thực phẩm dạng bột mà khơng làm thay đổi tính chất sản phẩm Công nghệ sấy nguyên liệu dạng lỏng đời đánh dấu bước chuyển thực phẩm dạng lỏng, 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 thiết bị thực phẩm với đồ án thiết bị chế biến thực phẩm , chúng em chọn đề tài: Máy Sấy Phun (Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống máy sấy phun quy trình cơng nghệ sản xuất bột chè xanh hịa tan) Với đề tài này, giúp chúng em nắm vững kiến thức môn học Kỹ thuật chế biến nông sản thực phẩm môn học Thiết bị công nghệ chế biến nông sản thực phẩm, biết cách vận dụng tính tốn thiết kế số máy thơng dụng chế biến nơng sản, đặc biệt tạo điều kiện thuận lợi cho việc làm đồ án sau chúng em Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CHÈ * Tổng quan chè : Nhiều cơng trình nghiên cứu khảo sát trước cho nguồn gốc chè vùng cao nguyên Vân Nam Trung Quốc, nơi có khí hậu ẩm ướt ấm Theo tài liệu Trung Quốc cách khoảng 4.000 năm, người Trung Quốc biết dùng chè để làm dược liệu sau dùng để uống Cũng theo nguồn tài liệu vùng biên giới Tây Bắc nước ta nằm vùng nguyên sản giống chè tự nhiên giới 1.1.1 Sơ lược trình phát triển sản phẩm Hiện nay, giới xu hướng uống chè ngày tăng lên mạnh mẽ phát ngày nhiều lợi ích chè sức khỏe người Tại Việt Nam chè không thân quen gần gũi mà từ lâu thưởng chè, uống chè di vào đời sống người Việt tạo nên nét đẹp văn hóa bình dị mà dài lâu Với ưu khí hậu, đất đai thổ nhưỡng, người, Việt Nam có nhiều vùng trồng chè như: Tân Cương, La Bằng, Trại Cài,… đưa Việt Nam lên đứng thứ giới sản lượng kim ngạch xuất chè Tuy nhiên nhìn tổng thể, thực tiễn hoạt động sản xuất, kinh doanh chè nước ta gặp nhiều khó khăn, hiệu kinh tế mang lại không tương xứng với tiềm vốn có Mặt khác năm gần đây, nhiều nước giới Nhật Bản, Ấn Độ,… chế biến chè xanh chè đen hịa tan có chất lượng tốt từ ngun liệu chè Vì sau trình nghiên cứu áp dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất, ngành chè nước ta chế biến thành cơng bột chè hịa tan từ chè xanh, kết thu chè hòa tan có chất lượng tốt, đem lại giá trị kinh tế thời gian bảo quản cao Bột chè xanh hòa tan chế biến từ chè già có hàm lượng thành phần chủ yếu tannin, catechine tăng lên khoảng lần so với thành phẩm chè xanh chế biến từ chè già tương đương với bột chè hòa tan chế biến từ nguyên liệu loại tốt Màu nước vị chè bột chè hòa tan đạt yêu cầu tương tự chè xanh tự nhiên Bột chè xanh hịa tan chứa nhiều chất có giá trị sinh lý thể người, sử dụng thuận tiện, đậm đà đầy đủ hương vị sản phẩm chè tự nhiên, phù hợp với nhu cầu sinh hoạt đại 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng máy sấy phun Việt Nam giới Hiện nước phát triển giới, công nghệ sấy phun sương áp dụng hầu hết nghành sản xuất khác sấy bột nơng sản, thực phẩm dinh dưỡng, dược phẩm, hố chất, Công nghệ sấy phun sương nước đạt đến trình độ tương đối cao với đa dạng chủng loại kết cấu, kiểu dáng, trình sấy điều khiển hoàn toàn tự động đem lại hiệu kinh tế cao Chất lượng sản phẩm sấy cao, chi phí lượng cho khối lượng sản phẩm tương đối thấp Hiện chế biến có phương pháp sấy chủ yếu sau: + Sấy thường + Sấy có bổ sung nhiệt + Sấy có đốt nóng trung gian + Sấy có tuần hồn khí thải Trong đồ án sử dụng phương pháp sấy thường khơng u cầu 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, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, sấy lạnh… Ta chọn sấy phun phương pháp có nhiều ưu điểm: + Thời gian sấy ngắn + Có thể sấy với nhiều loại dịch thể khác + Không làm biến đổi tính chất sản phẩm sấy thời gian sấy ngắn, mà phương pháp sấy khác khơng thể có Nước ta nước sản xuất nông nghiệp chủ yếu nên sản phẩm nông nghiệp tương đối lớn số lượng chủng loại nhiên hình thức bảo quản chế biến nơng sản chủ yếu hình thức thủ công đạt suất thấp, chất lượng Ở Việt Nam công nghệ sấy phun sương đưa vào ứng dụng cho sản xuất năm gần thu nhiều thành tựu Một số nơi bắt đầu sử dụng công nghệ sấy phun sản phẩm Tuy nhiên hệ thống sấy phun đơn giản, số nơi khác nước ta nhập loại máy sấy phun từ nước để đưa vào sản xuất Nhưng giá thành loại máy sấy tương đối cao chưa phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta Vì việc đẩy nhanh q trình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ sấy phun sương vào sản xuất để đạt suất cao chất lượng tốt nhằm nâng cao tính cạnh tranh cho sản phẩm nước ta việc làm cần thiết 1.2 NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN LOẠI MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY 1.2.1 Định nghĩa Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu tác dụng nhiệt Trong trình sấy, nước tách khỏi vật liệu nhờ khuếch tán do: + Chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu + Chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu mơi trường xung quanh => Mục đích q trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu Sấy phun công nghệ sấy công nghiệp khả sấy bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ định dạng hạt sản phẩm cách xác + Thiết bị sấy phun dùng để sấy dạng dung dịch huyền phù trạng thái phân tán nhằm tách ẩm khỏi vật liệu giúp tăng độ bền bảo quản sản phẩm lâu + Sản phẩm trình sấy phun dạng bột mịn bột đậu nành, bột trứng, bột sữa,… chế phẩm sinh học, dược liệu… 1.2.2 Phân loại Vì sản phẩm đem sấy có nhiều loại, nên thực tế sử dụng nhiều loại máy khác Ta phân loại theo cách sau: + + + + Theo phương pháp nạp nhiệt: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc Theo dạng chất tải nhiệt: khơng khí, khí, Theo phương pháp tác động: tuần hoàn, tiếp xúc Theo kết cấu: đường hầm, băng tải, sấy phun, sấy tầng sôi, sấy thăng hoa, 1.2.3 Thiết bị sấy phun ly tâm Sấy phun công nghiệp vi sinh sử dụng để sấy khô chất cô dung dịch canh trường chất kháng sinh động vật, axit amin, enzym, chất trích ly nấm thu nhận môi trường dinh dưỡng rắn, dung dịch chất lắng thu nhận làm lắng enzym dung môi vô hay muối trung hồ, phần chất lỏng canh trường Nồng độ chất khô dung dịch đem sấy lớn 10% Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sấy phun Dòng nhập liệu Buồng sấy Lọc cặn Caloriphere Bơm nhập liệu 7.Cyclone thu hồi Cơ cấu phun sương Quạt hút Phương pháp sấy phun: Một hệ phân tán mịn nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù cô đặc trước (40 - 60% ẩm) phun để hình thành giọt mịn, rơi vào dịng khí nóng chiều ngược chiều nhiệt độ khoảng 150 – 300 0C buồng sấy lớn Kết nước bốc nhanh chóng Các hạt sản phẩm tách khỏi tác nhân sấy nhờ hệ thống thu hồi riêng Cơ cấu phun vừa có chức đưa vật liệu vào buồng sấy, vừa có kết cấu tạo sương mù Giai đoạn tạo sương mù đóng vai trị quan trọng trình sấy phun Nguyên liệu sấy phun thành hạt nhỏ vào dòng tác nhân buồng sấy làm tăng tiếp xúc pha, cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn, sản phẩm thu có chất lượng tốt Nhiệm vụ cấu phun sương: Phải phun dung dịch thành hạt phân tán có kích thước yêu cầu, suất cấu phun phải cao, lâu mòn, dễ thay giá thành phù hợp, loại cấu phun sương không định đến lượng cần thiết cho q trình sấy mà cịn định đến phân bố kích thước, mức độ phân tán, quỹ đạo tốc độ hạt sương, tốc độ sấy kích thước hạt sản phẩm sau sấy 1.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY PHUN 1.3.1 Hệ thống sấy phun dùng nghiên cứu Hệ thống sấy phun Mobile Minor hãng Niro ( Đan Mạch) sản xuất, dạng bán công nghiệp Buồng sấy có thân hình trụ, đáy hình làm từ thép không gỉ AISI 316 Cơ cấu phun sương dạng đĩa li tâm, đĩa có 24 rãnh nhỏ hình chữ nhật, đĩa quay nhờ khí nén vào tua bin, tua bin quay làm cho đĩa quay, khơng khí qua đầu lọc, đốt nóng nhờ điện trở caloriphere vào buồng sấy theo phương tiếp tuyến Nhiệt độ khơng khí điều chỉnh cảm biến tự động Hệ thống sử dụng bơm nhu động để nhập liệu Bơm hoạt động theo nguyên tắc: rotoquay, trục roto ép ống dẫn nhập liệu lại tạo áp lực để đẩy dung dịch phía trước Hình 1.2 Hệ thống sấy phun Mobile Minor dùng nghiên cứu Các thông số bản: - Kích thước thiết bị: dài 1800mm, rộng 1300mm, cao 1920mm - Khối lượng: 270 kg - Nhiệt độ tối đa khơng khí sấy: đầu vào 3500c, đầu 1200c - Năng suất sấy: ÷ kg nước bốc - Áp suất khí nén: ÷ bar - Tốc độ quay tối đa đĩa phun: 31000 vòng/phút 1.3.2 Thiết bị sấy phun đáy phẳng Chương 3: TÍNH TỐN THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ SẤY PHUN Theo số tài liệu nghiên cứu, loại chè sản phẩm bị biến đổi t > 1800c nên ta chọn nhiệt độ khơng khí sấy (tác nhân sấy) vào buồng sấy t 1= 1800 c, nhiệt độ khỏi thiết bị t2 = 1000c Vì nhiệt độ thu kết tốt Các yếu tố ban đầu việc tính tốn máy sấy phun sau: Năng suất sấy tính theo sản phẩm khơ G2 = 5kg/h Biết nhiệt độ hút vào calorife điện(khơng khí ngồi trời) có nhiệt độ t = 250c, độ ẩm φ0 = 85% Độ ẩm vật liệu sấy đầu vào ω1 = 80% Độ ẩm sản phẩm sau sấy ω2 = 5% Độ ẩm sản phẩm sau giai đoạn tốc độ sấy không đổi ωk1 = 25% Độ ẩm cân ω2 = 2% Khối lượng riêng dịch thể ρdt = 1100 (kg/m3) Nhiệt dung riêng dịch thể Cdt = 1,36 (kJ/kg kk) 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.1.1 Xác định lượng ẩm cần bốc Lượng dịch đưa vào buồng sấy xác định theo công thức sau: G1 = G2 (3.1) Trong đó: G1: lượng dịch đưa vào buồng sấy (l/h) Thay số vào công thức (3.1) ta được: G1 = = 23,75 (kg/h) Lượng ẩm cần bốc xác định theo công thức: Gn = G1 – G2 (3.2) Gn = 23,75 – = 18,75 (kg/h) 3.1.2 Xác định thông số trình sấy lý thuyết a) Xác định thơng số trạng thái trước calolifer + Áp suất bão hòa Pbh :ứng với nhiệt độ t0 xác định theo công thức: 19 Pbh = exp{12 – } (3.3) Thay t0 = 250c vào công thức (3.3) ta được: Pbh = exp{12 – } = 0,0315 ( bar) + Lượng chứa ẩm d0 xác định theo công thức d0= 0,621 (kg ẩm/kg kk) (3.4) Trong đó: d0 = lượng chứa ẩm ( kg ẩm/kg kk) p: áp suất khí trời ( chọn p = bar) Thay số vào (3.4) ta được: d0 = 0,621 = 0,0171 (kg ẩm/kg kk) + Entanpi I0 tác nhân sấy(TNS) trước calorife xác định theo công thức: I0 = Cpk.t0 + d0.(2500 + Cpv.t0) (3.5) Trong đó: Cpk: Nhiệt dung riêng khơng khí khơ = 1,004 kJ/kg0C Cpv Nhiệt dung riêng nước = 1,842 kJ/kg0C Thay vào (3.5) ta được: I0 = 1,004.t0 + d0( 2500+1,842.t0) = 1,004 25 + 0,0171(2500+1,842 25) = 68,68 (kJ/kgkk) b) Các thông số trạng thái điểm sau qua calolifer d1 = d0 = 0,0171 (kg ẩm/kg kk) Ta có: dc1 = d1 + (3.6) Trong : Cdx: Nhiệt dung riêng nước dẫn xuất ứng với độ chứa d1 Cdx(d1) = Cpk + Cpv.d1 = 1,004 + (1,842 0,0171) = 1,035 (kJ/kg0C) + Entapi I1 tác nhân sấy sau(TNS) calorife xác định theo công thức: i1 = 2500 + Cpv.t1 (3.7) = 2500 + 1,842.180 = 2831,56 (kJ/kgkk) 20 Thay số vào (3.6) ta được: dc1 = d1 + = 0,0171 + = 0,046 (kg ẩm/kg kk) c) Xác định lượng khơng khí khô lưu chuyển thiết bị sấy + Xác định lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bay kg ẩm l0 l0 = (3.8) = = 34,6 (kg kk/kg ẩm) + Xác định lượng khơng khí cần thiết cho trình sấy L0 L0 = Gn.lo (3.9) = 18,75.34,6 = 648,79 (kg kk/h) d) Xác định nhiệt lượng cần thiết để bay kg ẩm q0 + Nhiệt lượng cần thiết để bốc kg ẩm: Q0 = l0( IB2 – I0) (3.10) Ta có: IB2 = Cpk.t1+ dc1(2500+1,842t1) = 1,004.180 + 0,046.(2500+1,842.180) = 310,97 (kJ/kg kk ) Thay vào (3.10) ta được: Q0 = l0( IB2 – I0) = 34,6.(310,97 - 68,68) = 8383,234 (kJ/kg ẩm) 3.1.3 Xác định thông số q trình sấy thực Sấy thực sấy có tính tới tổn thất mơi trường vật liệu sấy Tổng nhiệt Δ = Catv1 – qv – qmt , (kJ/kg ẩm) (3.11) Trong đó: Ca : Nhiệt dung riêng nước, Ca = 1,842 (kJ/kg0K) 21 tv1 : Nhiệt độ vào dịch thể, chọn tv1 = t0 = 250c qvls : Tổn thất nhiệt vật liệu sấy qmt : Tổn thất nhiệt môi trường,bao gồm tổn thất qua cấu bao che q bc tổn thất rị rỉ khí khơng kín q, buồng sấy làm kín khít nên tổn thất môi trường ta lấy tổn thất bao che a) Tổn thất nhiệt vật liệu sấy: qvls = Cvls.(t1 – t0) , ( kJ/kg ẩm ) (3.12) Trong Cvls : Nhiệt dung riêng vật liệu sấy tương ứng với độ ẩm ω, lấy ω = 5%, Cvls = Cdt = 1,36 (kJ/kg kk) Suy : qvls = 1,36.(180 – 25) = 56,21 ( kJ/kg ẩm ) b) Tổn thất nhiệt môi trường: qmt = = (kJ/kg ẩm) (3.13) Trong F: Diện tích bao che, tính sau: Giả sử thiết bị sấy hình trụ trịn hình nón cụt có: + Đường kính buồng sấy hình trụ tròn D = 1,4 m + + + + Chiều cao buồng sấy hình trụ trịn h1 = 1,6 m Chiều cao buồng sấy hình nón cụt h2 = 0,7 m Đường kính buồng sấy hình nón cụt nhỏ D2 = 0,1 m Làm inox dày (mm) Tổng diện tích buồng sấy xác định: F = F1 + F2 Trong đó: F : F1: Diện tích phần trụ F2: Diện tích phần chóp - Diện tích phần trụ: F1 = 2π.r.h1 = 3,14 0,7 1,6 = 7,03 (m2) - Diện tích phần nón cụt: 22 (3.14) F2 = π(R + r)h2 = 3,14.( 0,7 + 0,05).0,7 = 1,65 (m2) Thay số vào (3.14) ta được: F = 7,03 + 1,65 = 8,7 (m2) Δtb: Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình nhiệt độ mơi chất nóng lạnh, Δtb = + 26 = 1660c K: Hệ số truyền nhiệt (w/m2K), Với: k = Trong đó: + + + + ɑ1, ɑ2: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu δn: Độ dầy lớp inox bao quanh λn: Hệ số dẫn nhiệt tương ứng Để tính tốn sơ bao che buồng sấy, lấy k = 0,93 – 1,74 (w/m2k), ta chọn k = (w/m2k) Thay số vào (3.13) ta có: qmt = = = = 77 (kJ/kg ẩm) Suy tổng nhiệt theo công thức (3.11) : Δ = Catv1 – qv – qmt = 1,842.25 – 56,21 – 77 = 87 (kJ/kg ẩm) Ta có: Thơng số khơng khí ngồi trời: φ = 85%, t0 = 250c, d0 = 0,0171(kg ẩm/kg kk), I0 = 68,68 (kJ/kg kk), Cdx(d1) = 1,035 (kJ/kg kk) Thơng số khơng khí trước vào buồng sấy Với cặp thông số t1= 1800c, d1 = d0 = 0,0171 (kg ẩm/kg kk) I1= 1,004t1+ d1(2500 + 1,842t1) (kJ/kg kk) Thay số vào ta I1= 229,14 (kJ/kg kk), sau trình sấy thực : d2 = d1 + (kg ẩm/kg kk), (3.15) 23 = 0,0171 + = 0,03 (kg ẩm/kg kk) Lượng khơng khí khơ gk tương ứng với kg nước bốc lên từ vật sấy: gk = = = 77,52 (kg kk/ kg ẩm) Lưu lượng thể tích khơng khí khơ thực tế cần thiết để bốc hết 18,75 (kg ẩm/h) từ vật sấy là: Gk = gk.Gn = 77,52 18,75 = 1453,5 (kg kk/h) Lượng nhiệt cần ứng với kg khô q trình đốt nóng khơng khí calorife q: q = I1 – I0 = 229,14 – 68,68 = 160,46 (kJ/kg ẩm) Lượng nhiệt cần để bốc kg nước từ vật sấy Q1: Q1 = gk.q = 77.52 160,46 = 12439 (kJ/kg ẩm) 3.1.4 Xác định đường kính tiết diện đĩa phun - Đường kính trung bình hạt lỏng phun tính theo cơng thức: dtb = 98,5 (m), (3.16) Trong đó: n: Số vịng quay đĩa, n = 20000 – 25000 (vòng/phút), chọn n = 22000 vòng/phút) σ: Sức căng bề mặt dịch thể nhiệt độ tưới vào đĩa phun ta σ = 0,00654 ρ: Khối lượng riêng dịch thể, ρdt= 1100 (kg/m3) Rd: Bán kính đĩa phun ly tâm, ta chọn Rd = 0,05 (m) Thay số vào (3.16) ta được: dtb = 98,5 = 4,88.10-5 (m) = 48,8 (μm) + Vận tốc vành đĩa: Vd = 2πRd.n = 3,14 0,05 = 115,13 (m/s) 24 3.1.5 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình + Lượng ẩm cần bay giai đoạn tốc độ sấy không đổi là: W1 = G1 = 23,75 = 17,4 (kg/h) + Lượng chứa ẩm tác nhân sấy sau giai đoạn tốc độ sấy không đổi d ’2 xác định theo công thức: d’2 = d1 + = 0,0171+ = 0,038 (kg ấm/kg kk) + Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi giai đoạn tốc độ sấy không đổi t ’2 xác định theo công thức: t ’2 = (3.17) Thay số vào (3.17) ta có: t’2 = = 123 (0C) + Độ chênh lệch nhiệt độ Δc1, để tính độ chênh lệch nhiệt độ Δ c1 ta xác định nhiệt độ tu theo kinh nghiệm ta có: tu = tv1 + (5 ÷10), ta lấy tu = 25 + = 300C Khi đó: Δc1 = = = 119 (0C) + Nhiệt độ vật liệu sấy khỏi q trình sấy khơng đổi t’r2 t’r2 = tu + (t2 - tu) Với ωcb : độ ẩm cân vật liệu sấy, ωcb = 2%, ta có : t’r2 = 30 + (100 – 30) = 90,86 (0C) + Độ chênh nhiệt độ giai đoạn tốc độ sấy giảm dần Δt2: Δt2 = = = 91 ( 0C) + Tính tỷ số X : X= (3.18) 25 Thay số vào (3.18) ta có : X = = 0,76 Độ chênh nhiệt độ trình sấy Δttb: Δttb = Δc1.(1 – X) + Δt2.X = 119.(1 – 0,76) + 91 0,76 = 97,7 (0C) 3.1.6 Xác định tốc độ tác nhân sấy + Thể tích riêng ứng với kg khơng khí khơ vk Với cặp thơng số (t 0c, d kg ẩm/kg kk) ta tính theo cơng thức sau : vk1 = 4,64.10-3 (0,621+d1)(t1+ 273) vk1 = 4,64.10-3 (0,621+ 0,0171).(180+ 273) = 1,34 (m3/kg kk) vk2 = 4,64.10-3 (0,621 + d2).(t2 + 273 ) vk2 = 4,64 10-3 (0,621 + 0,03).( 100+ 273 ) = 1,126 (m3/kg kk) + Tốc độ trung bình tác nhân sấy vtb vtb = = = 0,16 (m/s) + Tốc độ lơ lửng hạt khô, theo tiêu chuẩn Fedorovfe ta có: Fe = dtb (3.19) Trong đó: điều kiện ttb = = = 140 (0C) Tra bảng thơng số nhiệt vật lý khơng khí khơ ( phụ lục tr.157 Kỹ thuật sấy nông sản Phạm Xuân Vượng, Trần Như Khuyên) ta được: + Vk = 27,8.10-6 (m2/s) + ρk = 0,827 (kg/m3) + ρk = 1100 (kg/m3) Thay số vào (3.19) ta được: 26 Fe = 48,8.10-6 = 1,13 Trị số Re1 = 0,285.Fe1,56 = 0,285 1,131,56 = 0,344 Suy tốc độ lơ lưởng hạt khô v1 v1 = = = 0,195 (m/s) 3.1.7 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích ɑv Chúng ta đưa tác nhân sấy vật liệu sấy vào buồng sấy từ đỉnh xuống nên hai dòng chiều nhau, hệ số trao đổi nhiệt thể tích bằng: ɑv = 6,615.10-3 (kJ/m3 hK), (3.20) Để tính ɑv tính trước đại lượng sau: + Hệ số dẫn nhiệt khơng khí Tra bảng thơng số vật lí khơng khí khơ (phụ lụ tr 157 Kỹ thuật sấy nông sản Phạm Xuân Vượng, Trần Như Khuyên) nhiệt độ ttb = 1400 C, hệ số dẫn nhiệt khơng khí = 3,49.10-2 (W/m0K) - Diện tích mặt cắt ngang buồng sấy là: F3 = = = 0,4 (m2) - Tốc độ tương đối tác nhân sấy: v1 + vtb =0,195 + 0,16 = 0,355 (m/s) Thay số vào (3.20) ta được: ɑv = 6,615.10-3 = 226 (kJ/m3.h.K) - Nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được: Q = Gn.{(2500 + 1,842.t2) – 4,1868.tv1 } + Cvls.G2.(tv2 – tv1), Trong đó: + t2 nhiệt độ tác nhân sấy khỏi trình sấy = 1000c + tv1 tv2 nhiệt độ vào khỏi buồng sấy vật liệu tv1 = t0 = 250c, tv2 = tu = 300c 27 (3.21) Thay số vào (3.21) ta có : Q = 18,75.[(2500+1,842.100) – 4,1868 25] + 1,36.5.(30 – 25) = 48400 (kJ/h) - Thể tích phần sấy buồng buồng sấy : V = = = 2,2 (m3) - Chiều cao hữu hiệu phần tác dụng buồng sấy: H = = = 1,43 (m) - Chiều cao phần hình nón buồng sấy: H1 = tan() (3.22) Trong : + D : Đường kính phần tác dụng buồng sấy + D1: Đường kính lỗ sản phẩm đáy buồng sấy ta chọn D1 = 0,1 (m) + tan(β): Hệ số ma sát, để đảm bảo khả thoát sản phẩm sấy tốt, ta chọn β = 300 Thay số vào (3.22) ta tìm H1 là: H1 = tan(β) = 0,65 (m) - Thời gian sấy: ts = = = (giây) - Tổng nhiệt lượng tiêu hao: Qth = Gk (I1 – I0) = 1453,5 (229,14 – 68,68) = 233228,6 (kJ/h) Hay Qth = 64,8 kW 3.2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 3.2.1 Tính tốn lựa chọn xyclon Dựa vào vận tốc hạt bột ta xác định thơng số kỹ thuật xyclon, máy sấy phun ta tính tốn cho xyclon SIOT: có tác dụng làm bột khơng phải dạng sợi khơng kết dính, suất 1500 ÷ 10000 m3/h 28 - Đường kính xyclon D = ( + a) Trong : + + + + + + + DXc: Đường kính xyclon dv : Đường kính hạt : Khối lượng riêng hạt : Khối lượng riêng tác nhân sấy C : Nhiệt dung riêng tác nhân sấy a : Chiều rộng tiết diện kênh dẫn : Hệ số hình dáng, hạt có nhân hình = 2,75 mảnh lấy = 3,49 Theo lượng không khí cần thiết: Gk = 1453,5 (kg kk/h) Khối lượng riêng khơng khí khơ lấy nhiệt độ trung bình (1400c): = 0,854 kg/m3 Lưu lượng thể tích khơng khí ẩm V nhiệt độ độ ẩm trung bình tác nhân sấy : V = = = 1702 (m3/h) Xiclon dùng để tách hạt bột nhỏ khơng khí trước thải vào mơi trường, hoạt động theo nguyên lý ly tâm Theo kinh nghiệm, tiết diện ống xiclon nên lấy (3÷4) lần tiết diện kênh dẫn Thể tích xyclon tính theo lưu lượng tác nhân sấy nên lấy xấp xỉ 0,6 m cho m3 tác nhân sấy đưa vào Như với lưu lượng thể tích V = 1702 (m 3/h) suy lưu lượng thể tích khơng khí qua xyclon L = V 0,6 = 1702 0,6 = 1021 (m3/h) Chọn xyclon theo bảng quan hệ lượng khơng khí qua xyclon kích thước, ta kích thước xiclon sau : + Đường kính xyclon D = 0,15 (m) + Chiều dài tiết diện kênh dẫn b = 0,15 (m) 29 + Chiều dài ống trung tâm gắn vào xyclon h1 = 0,1 (m) + Chiều cao phần hình trụ xyclon h2 = 0,14 (m) + Chiều cao phần hình xyclon h3 = 0,24 (m) + Chiều cao xyclon h = h2 + h3 = 0,14 + 0,24 = 0,38 (m) 3.2.2 Tính tốn, lựa chọn quạt Quạt để hút qua hệ thống calorife - ống dẫn - buồng sấy, khử ẩm bốc hơi, tạo áp suất chân không thiết bị sấy, ta sử dụng quạt ly tâm Người ta chọn quạt theo suất thể tích V (m 3/h), xác định theo số liệu cân nhiệt cân vật liệu, sức cản chung hệ H gồm sức cản ống dẫn sức cản tất phận trước đó, sử dụng đồ thị để chọn quạt H = Δho + Δhcb + Δhk + Δhx (3.23) Trong đó: + Δho = λ : Sức cản ống + Δhcb = : Sức cản cục + Δhk : Sức cản calorifer + Δhx : Sức cản thiết bị khác a) Sức cản ống Δho: Δho = λ (3.24) λ: hệ số cản, chọn λ = 0,9 l : chiều dài ống, chọn l = m d : đường kính ống, chọn d = 60 mm vk : vận tốc khí khỏi phận tách bột, vk = (m/s) Thay vào (3.24) ta được: Δho = = 38,26 (kg/m2) b) Sức cản cục Δhcb: Δhcb = (3 25) : tổng hệ số trở lực cục bộ, chọn = 0,9 Δhcb = = 1,15 (kg/m2) c) Sức cản thiết bị khác Δhx, chọn Δhx = 20 (kg/m2) d) Sức cản calorifer Δhk, chọn Δhk = (kg/m2) 30 Thay vào (3.23) ta được: H = 38,26 +1,15 + 20 + = 64,41 (kg/m2) Cơng suất quạt tính theo cơng thức: N = k (3.26) Trong đó: + k :Là hệ số dự phịng, k = 1,1 ÷ 1,2, chọn k = 1,2 + ρ0 : Khối lượng riêng hỗn hợp khí ẩm bụi nhiệt độ tiêu chuẩn, chọn ρ0 = 1,165 kg/m3 + ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp khí ẩm bụi nhiệt độ sau khỏi buồng sấy ρ = 0,779 kg/m3 + ηq : Hiệu suất quạt, ηq = 0,4 ÷ 0,6, chọn ηq = 0,6 + L0 : Lưu lượng cần thiết quạt (m3/h) Thay vào (3.26) ta được: N = = 0,34 (kw) Để tạo điều kiện cho máy hoạt động tốt, điều chỉnh trình vận hành ta chọn quạt có cơng suất 0,5 (kw), điện áp 380 V 31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài: “ Máy sấy phun ” nhóm chúng em rút số kết luận sau: + Đã lựa chọn quy trình cơng nghệ sản xuất bột chè xanh hòa tan phù hợp suất, chất lượng yêu cầu sản xuất + Đã lựa chọn sơ đồ nguyên lý thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun suất G2 = kg/h (lượng sản phẩm tạo thành) phù hợp suất dây chuyền sản xuất bột chè xanh + Đã tính tốn thiết kế sơ đồ tổng thể hệ thống máy sấy phun suất kg/h với nhiệt độ sấy 1800C + Tính tốn lượng ẩm bốc (G n = 18,75 kg/h) độ ẩm ban đầu ( ω1 = 80%) đến độ ẩm cuối (ω2 = 5%) vật liệu sấy + Tính tốn lượng nhiệt tiêu tốn cho trình sấy (Q = 48400 kJ/h) + Tính tốn thể tích buồng sấy (V = 2,2 m3), thời gian sấy (ts = s) + Tính tốn lựa chọn xyclon, quạt ly tâm + Các kết nghiên cứu sở để thiết kế chế tạo máy sấy phun dung dịch chè xanh dây chuyền sản xuất tinh bột chè xanh KIẾN NGHỊ + Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện kết cấu máy + Tiến hành đầu tư chế tạo khảo nghiệm máy để đưa thông số kỹ thuật làm việc tối ưu máy 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Xuân Vượng, Trần Như Khuyên (2006) Kỹ thuật sấy nông sản NXB Nông nghiệp, Hà Nội Trần Như Khuyên, Nguyễn Thanh Hải (2015) Công nghệ chế biến thực phẩm Trần Văn Phú (2000) Tính tốn thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục, Hà Nội Tổng quan thị trường chè Viêt Nam (2013) Ngày truy cập 6/10/2020 https://123doc.net//document/238216-tong-quan-ve-thi-truong-che-vietnam.htm Ứng dụng máy sấy phun tạo hiệu kinh tế (2017) Ngày truy cập 8/10/2020 https://vtc.vn/ung-dung-may-say-phun-tao-hieu-qua-kinh-te-ar368595.html? catname=khoa-hoc-cong-nghe Ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến chất lượng chè hịa tan (2019) Ngày truy cập 10/10/2020 https://hotroontap.com/anh-huong-cua-mot-so-thong-so-cong-nghe-den-chatluong-bot-hong-tra-hoa-tan-bang-phuong-phap-say-phun/ 33 ... tế Thiết bị sấy có nhiều loại: buồng sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, sấy lạnh… Ta chọn sấy phun phương pháp có nhiều ưu điểm: + Thời gian sấy ngắn + Có thể sấy với nhiều... ĐỘNG CỦA MÁY SẤY PHUN Hình 2.1: Máy sấy phun ly tâm Các thông số thiết kế, chế tạo máy sấy phun ly tâm bột chè suất 5kg/h Máy nén khí Bơm dịch Calorifer Tuabin khí Đĩa phun Cửa buồng sấy 9,11... khí mang Trong máy sấy tương tự, chất lỏng bị phân tán đĩa phun, vịi học, vịi khí động học 1.3.3 Máy sấy phun ly tâm tốc độ cao LPG Máy sấy phun ly tâm tốc độ cao LPG thiết bị sấy thích hợp cho