Đồ án thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc -o0o - THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Họ tên: Vũ Hồng Quân Khoá: K.61 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN ĐỂ SẤY SỮA ĐẬU NÀNH MSSV:20163395 I Những số liệu ban đầu: * Năng suất: G2 = 10 kg/h * Địa điệm xây lắp: Hà Nội * Phương án cấp nhiệt: Năng lượng điện II Nội dung thiết kế: Tìm hiểu vật liệu cơng nghệ sấy; Tính q trình sấy lý thuyết thiết kế sơ HTS; Tính cân nhiệt ẩm tính trình sấy thực; Thiết kế chi tiết hệ thống sấy III Bản vẽ Bản vẽ tổng thể hệ thống sấy Các vẽ chi tiết IV Thời gian thiết kế: Ngày giao đầu đề: 15/03/ 2020 Ngày hoàn thành: 30/05/ 2020 V Cán hướng dẫn: PGS Đặng Trần Thọ Ngày 15 tháng 03 năm 2020 Cán hướng dẫn Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành VŨ HỒNG QUÂN Quan.vh163395@sis.hust.edu.vn Ngành Máy thiết bị Nhiệt – Lạnh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đặng Trần Thọ Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian thực đồ án thiết bị với đề tài thiết kế hệ thống sấy phun sữa đậu nành với suất 10kg/h, đồ án thiết bị sấy thân với vận dụng kiến thức môn học thiết bị, hệ thống sấy đặc biệt giúp đỡ thầy Đặng Trần Thọ thầy cô môn, anh chị khóa bạn nhóm đồ án giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành đồ án thiết bị Qua em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Trần Thọ – thầy hướng dẫn em tận tình giúp em nhận vấn đề đồ án thân, em xin chân thành cảm ơn thầy mơn anh chị khóa bạn nhóm đồ án giúp đỡ em thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 02 tháng 07 năm 2020 Người cam đoan (Kí ghi rõ họ tên) VŨ HỒNG QUÂN Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 1.2 Vật liệu sấy 1.1.1 Nguồn gốc xuất xứ đậu nành 1.1.2 Thực trạng trồng, chế biến sử dụng đậu nành 1.1.3 Thành phần hóa học hạt đậu nành 1.1.4 Tổng quan bột đậu nành 1.1.5 Tiêu chuẩn sữa đậu nành 1.1.6 Phương pháp bảo quản sữa đậu nành Tìm hiểu công nghệ sấy sữa đậu nành 1.2.1 Phương pháp sấy chân không 1.2.2 Phương pháp sấy trục (sấy màng) 1.2.3 Phương pháp sấy phun 1.3 Lựa chọn công nghệ thiết bị sấy 10 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 12 2.1 Tính lượng ẩm bay 12 2.2 Tính tốn thơng số điểm nút trình sấy 12 2.2.1 Thơng số trạng thái khơng khí trước vào calorifer 13 2.2.3 Thông số trạng thái tác nhân sấy khỏi hệ thống 13 2.3 Lưu lượng khơng khí khơ cần thiết 14 2.4 Nhiệt lượng tiêu hao trình sấy lý thuyết 14 2.5 Tính kích thước thiết bị sấy 15 2.6 2.5.1 Tính chọn vịi phun 15 2.5.2 Xác định kích thước buồng sấy 16 Lựa chọn kết cấu thiết bị 17 CHƯƠNG TÍNH Q TRÌNH SẤY THỰC 20 3.1 Tính cân nhiệt 20 3.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy 20 Đồ án thiết kế hệ thống sấy 3.2 3.3 GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ 3.1.2 Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy 20 3.1.3 Phương trình cân nhiệt 20 Tính tổn thất nhiệt 21 3.2.1 Tính tổn thất nhiệt truyền môi trường 21 3.2.2 Tổn thất nhiệt vật liệu sấy đưa ngồi mơi trường 25 3.2.3 Chênh lệch nhiệt sấy thực sấy lý thuyết 25 Tính q trình sấy thực 25 3.3.1 Thông số trạng thái tác nhân khỏi hệ thống 25 3.3.2 Lượng tác nhân sấy cần thiết 26 3.3.3 Cân nhiệt , tính tốn hiệu suất thiết bị 27 CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 29 4.1 Tính chọn calorifer 29 4.1.1 Tính cơng suất 29 4.1.2 Chọn điện trở 29 4.2 Tính chọn xiclone 30 4.3 Tính trở lực chọn quạt 31 4.3.1 Trở lực qua Xyclon 32 4.3.2 Trở lực từ quạt đến Calorifer 32 4.3.3 Trở lực calorifer 32 4.3.4 Trở lực từ calorifer đến thùng sấy 33 4.3.5 Trở lực thiết bị sấy 33 4.3.6 4.4 Chọn quạt đẩy trước Calorifer 34 Chọn bơm 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG SẤY 37 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy 37 5.2 Bố trí mặt 37 5.2.1 Bố trí mặt phân xưởng sấy 37 5.2.2 Bố trí mặt phịng sấy 38 5.3 Bố trí kết nối hệ thống sấy 39 5.3.1 Đường ống gió kết nối thiết bị 39 5.3.2 Đường ống dẫn dung dịch kết nối hệ thống 40 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ 5.3.3 Đường ống dẫn sữa bột đậu nành 40 5.4 Đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng 40 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ MỞ ĐẦU Kỹ thuật sấy đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, cơng nghiệp hố chất, công nghiệp sinh học, đo lường tự động , xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, xử lý hạt giống, y học, đời sống vv Ngày ngành kỹ thuật sấy phát triển mạnh mẽ, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kỹ thuật vô quan trọng, thiếu đời sống kỹ thuật tất nước Chính mà sinh viên Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhà trường trang bị kiến thức kỹ thuật sấy Đồ án môn học cách trang bị kiến thức tốt cho sinh viên kì học chúng em làm đồ án môn học kỹ thuật sấy Đề tài em đồ án môn học “ Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành” Do kiến thức hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý thầy giáo tất bạn để đồ án thêm hoàn thiện Trang Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Với đề tài “Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành với suất 10kg/mẻ” đồ án em xin phép trình bày tổng quan vật liệu sấy mật ong tình hình thu hoạch, sản xuất chế biến sữa đậu nành nước ta Lựa chọn phương pháp phù hợp để sấy sữa đậu nành Áp dụng kiến thức học tiến hành tính tốn q trình sấy lý thuyết trình sấy thực Thơng qua kết tính tốn tiến hành thiết kế, lựa chọn thiết bị hệ thống sấy Đưa đánh giá sơ hiệu tính kinh tế hệ thống Thơng qua q trình thực đồ án này, em có hội vận dụng kiến thức học vào tính tốn, thiết kế thiết bị thực tế Đây trải nghiệm vô quý giá giúp em có thêm kiến thức thực tiễn tự tin rời khỏi ghế giảng đường đại học Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, em kính mong đánh giá, góp ý quý thầy cô Hà Nội, Ngày 02 tháng 07 năm 2020 Trang Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 1.1.1 Vật liệu sấy Nguồn gốc xuất xứ đậu nành Đậu nành hay đậu tương (tên khoa học Glycine Max (L) Merr) trồng lấy hạt thuộc họ đậu Đậu nành đóng vai trị quan trọng sản xuất lương thực thực phẩm Việt Nam giới Đậu nành có giá trịnh dinh dưỡng cao loại đậu khác nguồn protein, chất béo, vitamin khoáng chất cần thiết cho thể người Ngồi đậu nành cịn có tác dụng cải tạo đất, tăng suất trồng khác nhờ hoạt động cố định đạm vi khuẩn Rhizobium cộng sinh nốt sần rễ Hình ảnh hạt đậu nành đậu nành trình bày hình 1.1 1.2 sau: Hình 1.1: Hạt đậu nành Hình 1.2: Cây đậu nành Các nghiên cứu cho đậu nành có phát nguyên từ vùng Đông Bắc Trung Hoa vào kỷ XI trước Công nguyên Sau du nhập vào Nhật Bản, Triều Tiên, Malayxia nước Đơng Dương có Việt Nam Ở Châu Âu đậu nành trồng vườn thực vật Pari năm 1793 Đậu nành loại cho hạt có giá trị dinh dưỡng cao khả thích ứng tốt nên trồng toàn giới 1.1.2 Thực trạng trồng, chế biến sử dụng đậu nành Trên giới đậu nành trồng khắp châu lục 78 nước Hiện đậu nành trồng nhiều cho sản lượng cao nước Mỹ, Braxin, Trung Quốc, Ấn Độ Đặc biệt Mỹ chiếm 55% sản lượng đậu nành toàn giới Theo Tổ chức Nông Lương Quốc tế (FAO), đến năm 2009, diện tích đậu nành tăng lên 98,8 triệu ha, sản lượng tới 222,3 triệu tấn, suất 22,49 tạ/ha, tập trung nhiều châu Mỹ (76,0%), tiếp đến châu Á (20,6%) Diện tích đậu nành giới 20 năm từ 1990 – 2009 tăng 1,72 lần (từ 57,1 triệu lên 98,8 triệu ha), suất tăng 1,2 lần (từ 18,9 tạ/ha lên 22,49 tạ/ha), sản lượng tăng gấp lần (từ 108,4 triệu lên 222,3 triệu tấn, tăng trung bình 5,7% năm) Ở Việt Nam nhìn chung, diện tích đậu nành Việt Nam không ổn định, sản xuất đậu nành nội địa đủ cung cấp cho khoảng 8–10 % nhu cầu, đến năm 2017, Trang Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ diện tích trồng đậu nành nước đạt khoảng 100 ngàn ha, suất khoảng 1,57 tấn/ha, sản lượng đạt 157 ngàn Dự kiến năm 2018 diện tích đậu tương nước đạt 105 ngàn ha, suất trung bình 1,6 tấn/ha, sản lượng đạt 168 ngàn 1.1.3 Thành phần hóa học hạt đậu nành Ngày hạt đậu nành người thường xuyên sử dụng đời sống Nó chứa chất có lợi cho sức khỏe người Trong hạt đậu tương có thành phần hố học sau Protein (40%), lipid (1225%), glucid (10-15%), có muối khoáng Ca, Fe, Mg, P, K, Na, S; vitamin A, B1, B2, D, E, F; enzyme, sáp, nhựa, cellulose Trong đậu tương có đủ acid amin isoleucin, leucin, lysin, metionin, phenylalanin, tryptophan, valin Ngoài ra, đậu tương coi nguồn cung cấp protein hồn chỉnh chứa lượng đáng kể amino acid không thay cần thiết cho thể Các thực phẩm làm từ đậu tương xem loại "thịt khơng xương" chứa tỷ lệ đạm thực vật dồi dào, thay cho nguồn đạm từ thịt động vật Thậm chí, lượng đạm (protein) 100 gr đậu tương tương đương với lượng đạm 800 gr thịt bò Tại quốc gia Nhật Bản, Trung Quốc, 60% lượng đạm tiêu thụ ngày đậu tương cung cấp Hàm lượng chất đạm chứa đậu tương cao nhiều so với lượng chất đạm chứa loại đậu khác 1.1.4 Tổng quan bột đậu nành Hiện sữa đậu nành loại đồ uống phổ biến thị trường Cùng với sữa tươi đậu nành sữa bột đậu nành có mặt từ lâu So với sữa tươi sữa bột đậu nành có thời gian bảo quản lâu Ngun liệu cho trình sản xuất sữa bột sữa đặc đặc từ sữa tươi Ngồi ngun liệu sữa tươi cịn có ngun liệu phụ khác như: đường, vitamin, chất ổn định,…Hình ảnh thực sữa bột đậu nành thể hình 1.3: Hình 1.3: Sữa bột đậu nành Trang Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Tổn thất vật liệu sấy môi trường Tổng nhiệt theo tính tốn Tổng nhiệt tiêu hao Sai số tương đối qv 8,9 0,21 q’ 4222,68 100 q 4131,02 100 ε Hiệu suất hệ thống sấy ηh = 59,46 % Tổn thất truyền nhiệt môi trường : εtt = 0,3,5% < 10% Như ta coi hệ thống sấy phun bên phù hợp Trang 28 2,2 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 4.1 Tính chọn calorifer Calorifer thiết bị dùng để đốt nóng khơng khí trước đưa khơng khí vào buồng sấy Trong đề đồ án yêu cầu dùng lượng điện để cấp nhiệt Vì em xin chọn điện trở gia nhiệt cho gió cấp Ta có số liệu đầu vào bảng 4.1: Bảng 4.1:Bảng số liệu vào STT Đại lượng 4.1.1 Giá trị Năng suất sấy 10 kg/h Độ ẩm ban đầu 77% Độ ẩm cuối 3% Điện áp 380/220 V Nhiệt độ mơi trường 30℃ Tính cơng suất Chọn hệ số công suất 1,16 Công suất thiết bị là: Qcl = 1,16 × Q = 1,16 × 102 = 118,32 [kW] 4.1.2 (4.1) Chọn điện trở Chọn 12 điện trở gia nhiệt khơng khí hình chữ U công suất 10 kW Điện trở gia nhiệt thể hình 4.1: Hình 4.1: Điện trở gia nhiệt dùng calorifer Do nhiệt độ khí thoát khỏi Calorifer 240℃ nên ta chọn vật liệu Cr2Ni80-Ni có đặc điểm thể bảng 4.2 đây: Bảng 4.2: Đặc điểm vật liệu làm calorifer Trang 29 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ STT Đặc điểm Thơng số, tính chất Đơn vị Vật liệu Cr2Ni80-Ni Khối lượng riêng 20oC 8,4 g/cm3 Điện trở suất 20oC ρ0 1,1.10-6 Ω.m Hệ số nhiệt điện trở α 16,5.10-6 o Nhiệt độ chảy lỏng oC 1400 o Nhiệt độ làm việc max 1150 o Nhiệt độ làm việc liên tục 1050 o 4.2 C-1 C C C Tính chọn xiclone Khơng khí vào xyclon khơng khí sau khỏi máy sấy, có thông số sau: t = 1000C Khối lượng riêng 𝜌 = 0,986 (kg/m3) 1 𝜌 0,986 Thể tích riêng: v = = = 1,057 [m3/kg] (4.2) Lưu lượng khơng khí vào Xyclon: V = v.L’ = 1,057 × 1641,67 = 1735,25 (m3/h) (4.3) Theo [3] Gọi Pxyclon trở lực Xyclon thì: Pxyclon 540  Chọn k Pxyclon k  750 = 700 Suy ra: Pxyclon =  k Tốc độ quy ước : 𝑤𝑞 = √ × ∆𝑃𝑥𝑦𝑐𝑙𝑜𝑛 𝜉 × 𝜌𝑘 × 700=0,986 × 700 = 662,2 kg/m3 m/s (4.4) + Với  hệ số phụ thuộc vào kiểu Xyclon + Chọn loại cyclon LIH-24   60 suy 𝑤𝑞 = 4,83 (m/s) Theo [3] Đường kính Xyclon tính bằng: D=√ 𝑉 (4.5) 0,785 × 𝑤𝑞 Trang 30 Đồ án thiết kế hệ thống sấy × 662,2 Với wq = √ 60 × 4,83 D= √ GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ = 2,14 [m/s] 1735,25 0,785 × 2,14 × 3600 (4.6) = 0,54 [m] (4.7) Theo [3] dựa vào đường kính suất, ta chọn loại Xyclon đơn LIH-15Y, đường kính D = 0,6 m với thông số kĩ thuật thể bảng 4.3 sau: Bảng 4.3: Kích thước xyclon đơn loại LIH-15Y STT Tên kích thước Ký Cơng thức hiệu Đường kính D 0,2-0,8 10 Chiều cao cửa vào (kích thước bên trong) Chiều cao ống tâm có mặt bích Chiều cao phần hình trụ Chiều cao phần hình nón Chiều cao bên ngồi ống Chiều cao chung Đường kính ngồi ống Đường kính tháo bụi Chiều rộng cửa vào h1 h2 h3 h4 H d1 d2 b1/b 11 12 13 14 Chiều dài ống cửa vào Khoảng cách từ tận đến mặt bích Góc nghiêng nắp ống vào Hệ số trở lực xyclon L h5 A ξ 4.3 Tính trở lực chọn quạt Trang 31 A Giá trị 0,6 m 0,66D 0,4 m 1,5D 1,5D 1,5D 0,3D 3,31D 0,6D 0,3-0,4D 0,26D/0,2 D 0,6D 0,24-0,32D α ξ 0,9 m 0,9 m 0,9 m 0,18 m 2m 0,36 m 0,2 m 0,156/0,12 m 0,36 m 0,16 m 15° 60 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Hình 4.1: Bố trí ống kết nối thiết bị Ta chọn ống dẫn gió có đường kính 300mm 4.3.1 Trở lực qua Xyclon Theo [3] hệ số trở lực qua Xyclon tính theo cơng thức sau: 𝜔𝑞 × 𝜌 ∆𝑃 =  [N/m2] (4.8) , hệ số trở lực phụ thuộc vào kiểu xyclon; ta có  = 60 , khối lượng riêng khơng khí,  = 0,97 [kg/m3] Thay số vào ta có VρXyclon = 60 × 4.3.2 2,142 × 0,97 = 133,3 [N/m2] (4.9) Trở lực từ quạt đến Calorifer Theo hình 4.1 ta chọn khoảng cách từ quạt đến Calorifer m Chọn ống dẫn khơng khí có đường kính  =300mm Vận tốc dịng khí thổi ống tính bằng: 𝞈k = × 𝐺𝑘 𝜌 ×𝜋 ×j 2= × 9,7 0,97 × 3600 × 𝜋 × 0,32 = 0,039 [m/s] (4.10) Hệ số ma sát tính theo cơng thức sau: λ = 0,1(1,46 × ξ j ) = 29,2 (4.11) Trở lực từ quạt đến calorifer : Vρ1 = λ × ρ 4.3.3 𝐿.𝜔2 2j = 29,2 × 0,97 × 1.0,042 2.0,2 Trở lực calorifer Trang 32 = 0,176 [N/m2] (4.12) Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Nhiệt độ khơng khí ban đầu 30oC vào calorifer gia nhiệt đến 240oC Nhiệt độ trung bình dịng khí calorifer là: t= 30+240 = 135 oC Tổn thất áp để khơng khí vào thiết bị xem tổn thất áp suất ống thiết bị H kk  n  A    T T0 (4.13) Trong đó: Hệ số ống chiều dài chọn A =  H = 0,074 [N/m2] Vì thiết bị chứa khơng khí nên cần cung cấp lượng khơng khí tăng lên.Do trở lực qua thiết bị tăng khoảng 25% tổng tổn thất qua thiết bị: Vậy tổng trở lực tổng cộng thùng sấy là: p2 = 0,074 × 1,25 = 0,093 [N/m2] 4.3.4 Trở lực từ calorifer đến thùng sấy Theo hình 4.1 khoảng cách từ calorifer đến thùng sâý m Vận tốc khơng khí ống dẫn 0,039 m/s  Re = 300 Theo [3] ta có: λ = 0,7 Vậy: 𝐿 𝜔2 0,039 p3 = λ × × 𝜌 × = 0,7 × × 0,67 × = 0,0036 [N/m2] 4.14) 𝐷 0,3 4.3.5 Trở lực thiết bị sấy Tại nhiệt độ trung bình t = 170 oC Ta có: ρ = 0,797 kg/m3 , v = 31,29.10-6 m2/s Theo [3] Vận tốc không khí ống dẫn là: 𝜔𝑘 = Re = λ= 4𝐺𝑘 𝜋𝜌.𝐷2 = × 9,7 3600 × 3,14 × 0,797 × 1,252 𝜔𝑘 × 𝐷 0,003 × 1,25 ϑ 16 Re0,2 = 31,29 × 10−6 =120 = 6,14 Trang 33 = 0,003 [m/s] (4.15) Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ p4 = 6,14 × 0,875 × 2,5 × 0,0032 1,25 × = 4,4 × 10 −5 [N/m2] Bỏ qua trở lực đổi hướng trở lực khác Vậy tổng trở lực là: p = pxyclon + p1 + p2 + p3 + p4 (4.16) −𝟓 = 133,33 + 0,071 + 0,093 + 0,0036 + 4,4 × 𝟏𝟎 4.3.6 = 133,5 [N/m2] Chọn quạt đẩy trước Calorifer Lưu lượng khơng khí đẩy vào là: Qd = L’.v0 = 1642 × 0,853 = 1400 [m3/h) = 0,389 [m3/s] (4.17) Theo [3] Áp suất làm việc tồn phần : H = 𝐻𝑝 × Trong đó: - 273 + 𝑡0 293 × 760 𝐵 × 𝜌𝑘𝑘 𝜌 (4.18) Hp trở lực toàn hệ thống (N/m2), t0 nhiệt độ làm việc lúc đầu khơng khí, t0= 30 oC B áp suất làm chỗ làm việc, B = 735,5 mmHg ρ khối lượng riêng khơng khí điều kiện làm việc  = 1,1 kg/m3  k khối lượng riêng khí điều kiện làm việc, p = pk Thay số vào ta có : H = 133,5 × 273+30 293 × 760 735,5 = 142,66 [N/m2] Theo [3] Công suất động điện là: N= Qd × H × g × ρ (4.19) 1000 × ηq × ηtr Trong nq = 0,62 hiệu suất quạt tr  0,95 hiệu suất truyền động qua bánh đai Thay số vào ta được: N= 0,389 × 142,66 × 9,8 × 1,1 1000 × 0,95 × 0,62 = 1,02 [kW] Công suất thiết lập động điện: Nđc = k  N Trong k hệ số dự trữ, ta chọn k = 1,1 Trang 34 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Vậy công suất động quạt là: Qđc = 1,02  1,1 = 1,12 [kW] 4.3.7 Chọn quạt hút sau Xyclone Lưu lượng khơng khí đẩy vào là: Qd = L’.v2 = 1641,73 × 1,1 = 1805,84 [m3/h] = 0,51 [m3/s] (4.20) Theo [3] Áp suất làm việc toàn phần : H = 𝐻𝑝 × 273 + 𝑡0 293 × 760 𝐵 × 𝜌𝑘𝑘 𝜌 (4.21) Trong đó: - Hp trở lực toàn hệ thống (N/m2), - t2 nhiệt độ khơng khí khỏi thiết bị sấy, t2 = 100oC - B áp suất làm chỗ làm việc, B=735,5 mmHg - ρ khối lượng riêng khơng khí điều kiện làm việc  = 1,181 kg/m3 -  k khối lượng riêng khí điều kiện làm việc, p = pk Thay số vào ta có : H = 133,5 × 273+100 293 × 760 735,5 = 175,6 [N/m2] Theo [3] Cơng suất động điện là: N= Qd × H × g × ρ (4.21) 1000 × ηq × ηtr Trong đó: nq = 0,62 hiệu suất quạt tr  0,95 hiệu suất truyền động qua bánh đai Thay số vào ta được: N= 0,5× 175,6 × 9,8 × 1,181 1000 × 0,95 × 0,62 = 1,73 [kW] Công suất thiết lập động điện: Nđc = k  N Trong k hệ số dự trữ, ta chọn k = 1,1 Vậy công suất động quạt là: Qđc = 1,1 × 1,73 = 1,9 (kW) 4.4 Chọn bơm Dùng bơm, áp suất bơm tạo được: p2 = 10 at Lưu lượng dịch sữa đậu nành theo lý thuyết : Trang 35 Đồ án thiết kế hệ thống sấy Q= G1 ρ1 = GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ 97 1047 = 0,093 [m3/h] (4.22) Theo [3] Cột áp toàn phần bơm tạo chạy : H= 𝑃1−𝑃2 𝜌.𝑔 + H0 +∆H (4.23) Trong đó: p1, p2: áp suất bề mặt chất chất lỏng khoảng hút khoảng đẩy p1 = at; p2 = 10 at  : Khối lượng riêng chất lỏng:  = 1047 kg/m3 g: Gia tốc trọng trường, g =9,81 Ho: Chiều cao hình học đưa chất lỏng lên, Ho = 4,2 m H: áp suất khắc phục trở lực đường ống, H = 3% H Thay vào công thức, ta được: H = 102 (m) Công suất bơm : N= 𝑄 × 𝐻× 𝜌 × 𝑔 𝑛 = 0,093 × 102 × 1047× 9,81 3600 × 0,9 = 30 [W] Để bơm làm việc an toàn ta chon hệ số an toàn  = 1,2 N’ =   N = 1,2 × 30 = 36 [W] Trang 36 (4.25) Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ CHƯƠNG THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG SẤY 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy Sơ đồ nguyên lý hệ thống thể hình 5.1 đây: Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy phun 5.2 5.2.1 1: Quạt đẩy 4: Buồng sấy phun 2: Calorifer 5: Thu sản phẩm 3: Bơm nguyên liệu 6: Quạt hút khơng khí nóng Bố trí mặt Bố trí mặt phân xưởng sấy Phân xưởng sấy phân xưởng gồm nhiều khâu thực nhiệm vụ chế biến sản phẩm từ hạt đậu nành sau thu hoạch đến sữa bột thành phẩm Trong đồ án em xin chọn khâu chế biến bao gồm: - Khâu ngâm nước, nghiền; - Khâu gia nhiệt làm mát; - Khâu tách bã; - Khâu hòa trộn nước; - Khâu sấy; - Khâu làm nguội sữa bột; - Khâu kiểm tra, đóng gói Trang 37 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Phân xưởng sấy bố trí vào khu có diện tích 864 m2 Chiều dài chiều rộng khu đất 48 m2 18 m2 Khu đất chia thành 10 phòng khác gồm phòng thực khâu với diện tích phịng 54 m2 phịng vật tư phịng điều hành với diện tích phịng 36 m2 Bố trí mặt khu đất thể hình 5.2 đây: Hình 5.2: Bố trí mặt phân xưởng sấy 5.2.2 Bố trí mặt phòng sấy Phòng sấy phòng thực nhiệm vụ sấy phun sữa đậu nành dạng lỏng sang sữa bột đậu nành Các thiết bị phòng gồm: Thiết bị lọc khơng khí, quạt đẩy khơng khí, calorifer, buồng sấy, xiclone, quạt hút khơng khí, thùng chứa sữa đậu nành dạng lỏng thùng chứa sữa bột đậu nành Ngồi cịn đường ống dẫn khơng khí Qua tính tốn thiết kế em xin lựa chọn cách bố trí thể hình 5.3 5.4 đây: Trang 38 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Hình 5.3: Hình chiếu bố trí thiết bị sấy phun Hình 5.4: Hình chiếu đứng bố trí thiết bị sấy phun 5.3 Bố trí kết nối hệ thống sấy Hệ thống sấy liên kết thiết bị đường ống dẫn khơng khí, dẫn dung dịch sữa dẫn sữa bột 5.3.1 Đường ống gió kết nối thiết bị - Kết nối thiết bị lọc gió quạt đẩy: Theo chương tính thiết bị ta chọn đường ống gió có đường kính 300 mm Đoạn ống có chiều dài 1m - Kết nối quạt đẩy calorifer: Cũng giống chọn đường ống từ thiết bị lọc gió đến quạt đẩy ta chọn đường kính ống gió 300 mm Đoạn ống có chiều dài 1m Trang 39 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ - Kết nối calorifer đến buồng sấy: Vì qua calorifer nhiệt độ gió lúc lên tới 240℃ ta phải bọc bảo ơn tránh tổn thất nhiệt mơi trường bên ngồi Em xin chọn độ dày bọc bảo ôn đường ống 100 mm (giống với độ dày bọc bảo ôn buồng sấy) Vật liệu bọc bảo ôn giống với vật liệu bọc bảo ơn buồng sấy Do đường kính đường kính ngồi ống gió 300 mm 400 mm Chiều dài đường ống m - Kết nối ống buồng sấy đến xiclone: Đường ống dẫn khí từ buồng sấy xiclone Nhiệt độ lúc gió 100℃ Vì ta phải bọc bảo ơn cho thiết bị Do nhiệt độ không cao lên em xin chọn độ dày bọc bảo ôn 50 mm (vật liệu bảo ôn cách nhiệt giống với buồng sấy) Do đường kính đường kính ngồi đường ống 300 mm 350 mm Chiều dài đường ống 2.516 m - Kết nối ống xiclone tới quạt hút: Tương tự đường ống kết nối buồng phun tới xiclone, đường kính đường kính ngồi ống 300 mm 350 mm Chiều dài đường ống 0,3 m Với tất đường ống dẫn gió ta chọn vật liệu chế tạo INOX316 chiều dày 1mm 5.3.2 Đường ống dẫn dung dịch kết nối hệ thống - Đường ống dẫn dung dich kết nối thùng chứa dung dịch đến buồng phun chế tạo INOX316 Em xin chọn đường kính ống dẫn 100 mm, chiều dày ống 1mm 5.3.3 Đường ống dẫn sữa bột đậu nành Vì thiết kế hệ thống sấy thu bột điểm (ở đáy buồng sấy đáy xiclone) nên có đường ống vận chuyển bột đến thùng chứa bột thành phẩm Hầu hết lượng bột thu đáy buồng sấy, lượng nhỏ bột thành phẩm thu đáy xiclone nên ta chọn đường kính ống bột sau: - Tại đoạn kết nối buồng sấy đến thùng chứa bột em xin chọn đường kính ống 80 mm - Tại đoạn kết nối xiclone đến thùng chứa bột em xin chọn đường kính ống 50 mm 5.4 Đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng Vì nhiệt độ gió khỏi phòng sấy 100℃ nhiệt độ gió đầu vào 30℃ nên ta làm thiết bị trao đổi nhiệt gió đầu vào gió đầu Khi nhiệt độ trước vào calofifer vào khoảng 90℃ Do ta tiết kiêm phần lượng điện cấp cho thiết bị Trang 40 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ KẾT LUẬN Qua thời gian thực nghiên cứu, đến đồ án em hồn thành Đồ án mơn học giúp em hiểu biết thêm hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành nói riêng sấy sản phẩm dạng bột nói chung Do thời gian có hạn, trình độ thân nhiều hạn chế đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong bảo, góp ý thêm thầy để giúp em có thêm kiến thức, tạo cho kiến thức chuyên ngành vững để góp phần vào nghiệp phát triển ngành nói riêng q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước nói chung Trang 41 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Phú, ‘’Tính tốn thiết kế hệ thống sấy’’, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2002 Lê Văn Hoàng, ‘’Qúa trình thiết bị sinh học cơng nghệ thực phẩm’’ nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2004 Nguyễn Bin, ‘‘ Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập ”, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 1999 Hoàng Văn Chước,’’Thiết kế hệ thống thiết bị sấy’’ nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 Nguyễn Bin, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2”, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1999 Hà Mạnh Thư, ‘’ Bài tập Kỹ thuật nhiệt’’, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Trang 42 .. .Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành. .. 40 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ KẾT LUẬN Qua thời gian thực nghiên cứu, đến đồ án em hồn thành Đồ án mơn học giúp em hiểu biết thêm hệ thống sấy phun để sấy sữa đậu nành. .. 38 Đồ án thiết kế hệ thống sấy GVHD:PGS.TS Đặng Trần Thọ Hình 5.3: Hình chiếu bố trí thiết bị sấy phun Hình 5.4: Hình chiếu đứng bố trí thiết bị sấy phun 5.3 Bố trí kết nối hệ thống sấy Hệ thống