Tính toán, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh năng suất 100kggiờ

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY SẤY BĂNG TẢI DÙNG ĐỂ SẤY TRÀ XANH NĂNG SUẤT 100 kg/GIỜ Tác giả VÕ LÊ HẢI ĐĂNG NGUYỄN MINH TÂM Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HUY BÍCH Tháng năm 2011 i LỜI CẢM ƠN Trong trình từ bắt đầu làm đề tài đến kết thúc thực đề tài, nhận giúp đỡ nhiều từ phía gia đình, thầy bạn bè Để hồn thành luận văn chúng em xin chân thành bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến:  Đấng sinh thành dạy dỗ dưỡng dục cho trưởng thành ngày hôm nay, cổ vũ cho chúng mặt tinh thần  Bộ môn Cơng nghệ Nhiệt Lạnh, Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ, trường Đại Học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh, trường Cao đẳng Kinh Tế - Công nghệ Bảo Lộc tạo điều kiện cho chúng em thực để tài  Thầy TS Nguyễn Huy Bích, thầy Th.S Phạm Cân, tận tâm nhiệt tình hướng dẫn bảo em  Thầy Cao Văn Hào – Giám đốc xưởng khí Thế Hiển, thành phố Bảo Lộc – tỉnh Lâm Đồng  Cuối thiếu bạn DH07NL chia sẻ giúp đỡ chúng tơi Trong q trình làm đề tài chúng em cố gắng nỗ lực tìm kiếm tài liệu trao đổi kiến thức với bạn bè Nhưng lần bước vào tính tốn hệ thống thiết bị chắn tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận quan tâm bảo thầy cô giáo ý kiến đóng góp bạn để đề tài hồn thiện TP.HCM, ngày 6/6/2011 Sinh viên thực Võ Lê Hải Đăng Nguyễn Minh Tâm ii TÓM TẮT Đề tài “Tính tốn, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh suất 100kg/giờ” tiến hành Bộ mơn Cơng nghệ Nhiệt Lạnh, Khoa Cơ khí-Cơng nghệ trường Đại học Nông Lâm TP HCM, thời gian từ 14/3 đến 11/6 năm 2011 Bằng phương pháp điều tra khảo sát phân tích lý thuyết, đề tài tiến hành điều tra, khảo sát số thiết bị sấy chè xanh có khu vực TP Bảo Lộc - tỉnh Lâm Đồng, sở đó, đề tài tiến hành tính tốn, thiết kế hệ thống sấy băng tải dùng để sấy chè xanh suất 100kg/giờ Kết thu được:  Đề tài điều tra, khảo sát loại máy sấy chè khu vực TP Bảo với cỡ công suất khác  Tính tốn, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh suất 100 kg/h Hệ thống có thơng số sau: - Năng suất: 100 kg/giờ - Sử dụng gia nhiệt khí – khí để gia nhiệt cho khơng khí sấy - Nhiệt độ sấy đầu vào: t1 = 110 C - Nhiệt độ khơng khí ra: t2 = 60 C Công suất quạt: N = 15HP - Độ ẩm sản phẩm: 5% o o iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích Chương TỔNG QUAN 2.1 Tra cứu tài liệu: 2.1.1 Tìm hiểu chè: 2.1.2 Tình hình sản xuất chè: 2.2 Sơ lược lý thuyết sấy: 2.3 Quy trình chế biến chè kỹ thuật sấy chè thường gặp 2.3.1 Quy trình chế biến chè xanh 2.3.2 Quy trình chế biến chè đen Chương 12 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 3.1 Nội dung nghiên cứu: 12 3.2 Địa điểm nghiên cứu 12 3.3 Thời gian nghiên cứu 12 3.4 Phương pháp nghiên cứu: 12 Chương 13 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 4.1 Điều tra, khảo sát tình hình chế biến chè TP Bảo Lộc 13 iv 4.1.1 Nhà máy chế biến chè đen: 13 4.1.2 Nhà máy chế biến chè xanh: 17 4.2 Tính tốn, thiết kế máy sấy băng tải sấy chè xanh suất 100 kg/h 21 4.2.1 Chọn chế độ sấy 21 4.2.2 Thơng số TNS truớc q trình sấy 21 4.2.3 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 21 4.2.4 Tính tốn băng tải 24 4.2.5 Tính toán buồng sấy 26 4.2.6 Tính tốn tổn thất nhiệt: 27 4.2.7 Cân nhiệt ẩm trình sấy thực 32 4.3 Tính tốn thiết kế thiết bị phụ 34 4.3.1 Thiết kế gia nhiệt 34 4.3.2 Thiết kế buồng đốt: 38 4.3.3 Tính tốn chọn quạt 39 4.3.4 Bộ phận cấp thoát liệu: 41 Chương 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 42 5.1 Kết luận 42 5.2.Đề xuất ý kiến 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTS : Hệ thống sấy KL: Khối lượng VL : Vật liệu VLS : Vật liệu sấy TNS : Tác nhân sấy VLA: Vật liệu ẩm VLK: Vật liệu khơ kk khơ: khơng khí khô 2 α : Hệ số tỏa nhiệt (W/m độ) : Độ nhớt động học (m /s) ω : Tốc độ gió (m/s) ρ : Khối lượng thể tích (kg/m ) 3 Q : Lưu lượng quạt (m /h) V : Thể tích (m ) GH2O: Lượng nước cần tách (kg/h) N : Công suất tiêu thụ (kW) A : Cường độ bốc ẩm τ : Thời gian sấy (h) G1 : Năng suất tính theo vật liệu khô (kg/h) G2: Năng suất thành phẩm (kg/h) F1 : Diện tích vách buồng sấy (m ) I : Entanply (kJ/kg kk khơ) F2: Diện tích trần (m ) do: Độ chứa (kg H2O/kg kk khơ) F3: Diện tích mặt trước sau (m ) Ltt : Lưu lượng khơng khí φ : Ẩm độ (%) t : Nhiệt độ trung bình ( C) k : Hệ số truyền nhiệt (W/m độ) 1, , λ : Hệ số dẫn nhiệt (W/m độ) Chiều dày lớp vật liệu làm vách (m) cp : Nhiệt dung riêng (kJ/kg độ) Q : Nhiệt lượng q : Mật độ dòng nhiệt (kJ/kg ẩm) vi (kJ/h; kW) DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Búp chè Hình 2.2 Nơng dân thu hoạch chè Hình 2.3 Chè chế biến để uống Hình 2.4 Chè – thức uống quen thuộc Hình 2.5 Thức ăn nhanh làm từ chè xanh Hình 2.6 Nước uống chè đóng chai Hình 2.7 Quy trình cơng nghệ chế sấy chè xanh Hình 2.8 Cấu tạo máy sấy băng tải Hình 2.9 Quy trình cơng nghệ chế biến chè đen Hình 2.10 Hệ thống máy sấy tầng sơi Hình 4.1 Chè tươi nhập vào nhà máy Hình 4.2 Quạt thổi khơng khí vào làm héo chè Hình 4.3 Bồn chứa chè để làm héo Hình 4.4 Máy nghiền Hình 4.5 Dao nghiền Hình 4.6 Chè cắt nhỏ Hình 4.7 Dao cắt vii Hình 4.8 Chè cắt nhỏ nhuyễn Hình 4.9 Ống quay ly tâm Hình 4.10 Máy phun ẩm Hình 4.11.Chè đưa vào máy lên men ủ Hình 4.12 Chè sau lên men có màu vàng nâu Hình 4.13 Máy sấy tầng sơi Hình 4.14 Ru-lơ phân loại Hình 4.15 Cấu tạo hệ thống sấy băng tải Hình 4.16.Chè tươi đưa vào ống xào cắt men Hình 4.17 Buồng đốt ống xào Hình 4.18 Chè sau xào đưa vào máy vị Hình 4.19 Máy vị chè Hình 4.20 Tổng thể máy sấy băng tải Hình 4.21 Quạt thổi khơng khí nóng vào buồng sấy Hình 4.22 Băng tải đưa chè vào buồng sấy Hình 4.23 Hệ thống theo dõi nhiệt độ điện tử Hình 4.24 Đồ thị trình sấy thực viii Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Chè loại thực phẩm giàu dinh dưỡng, cung cấp nhiều khoáng chất vitamin thiết yếu có lợi cho sức khỏe người Bảo Lộc – Lâm Đồng vùng đất thuận lợi để phát triển số cơng nghiệp có hiệu kinh tế cao, chè xác định chủ lực Nói đến Bảo Lộc nói đến trà B’lao với lịch sử phát triển hàng trăm năm Tuy nhiên năm gần việc tìm đầu cho sản phẩm chè tương đối khó khăn có nguyên nhân việc chế biến đa dạng hóa sản phẩm Chất lượng sản phẩm chè phụ thuộc lớn vào trình chế biến, sấy chè khâu đóng vai trị chính, định chất lượng giá thành sản phẩm Mặt khác thời vụ thu hoạch chè tươi, nhiều hộ kinh doanh gia đình tham gia vào chế biến chè với cơng cụ bán giới, sấy theo mẻ với suất thấp, chất lượng chè chưa đạt yêu cầu cho tiêu dùng nước xuất Từ tồn thực tế sản xuất chè theo quy mơ hộ gia đình nhóm hộ kinh doanh sản xuất chè, nhằm giải đầu mùa vụ, cần có thiết bị chế biến chè quy mơ vừa nhỏ, sấy khơ chè khâu quan trọng Công nghệ sấy băng tải cơng nghệ sấy với chi phí sấy thấp giá trị đầu tư không cao Ưu điểm sấy băng tải thời gian sấy nhanh, chất lượng sản phẩm đảm bảo Chọn sấy băng tải phương pháp giải toán mùa vụ tiêu thụ sản phẩm chè, hướng tích cực cho ngành chè Được đồng ý môn Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí Cơng Nghệ trường Đại học Nông Lâm TPHCM, chúng em thực đề tài: “tính tốn, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh suất 100kg/giờ” hướng dẫn thầy TS Nguyễn Huy Bích 1.2 Mục đích  Tìm hiểu việc sản xuất chế biến chè Bảo Lộc – Lâm Đồng  Điều tra, khảo sát số máy sấy chè khu vực Bảo Lộc nhằm làm sở cho việc tính toán, thiết kế máy sấy băng tải (MSBT) dùng để sấy chè xanh suất 100 kg/giờ  Tính tốn, thiết kế MSBT dùng để sấy chè xanh suất 100 kg/giờ Hàm ẩm d2’: d2' d0 C (d )(t dx t ) i2 Trong Cdx(do) = Cpk+Cpa.d0 = 1,004+ 1,842*0,017 = 1,035 kJ/kg i2: entalpy mol 1kg nước i2 = 2500 + 1,842t2 i2 = 2500 + 1,842*60 = 2610,52 kJ/kg d2' 0,0167 Entalpy I2’ Với = Cpk.t2 + d2’.i2 = 1,004*60+ 0,035*2610,52 = 151,61 kJ/kg kk khô Cpk: nhiệt dung riêng khơng khí khơ Cpa: nhiệt dung riêng nước Nhiệt lượng có ích : q“ = i2 – Ca t = 2610,52 – 1,842*110 = 2407,9 kJ/kg ẩm Q“ = G1*q“ = 271,42*2407,9 = 653552 kJ/h = 181,5 kW Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất: Q’ = Qtổng + Q” = 29439 + 653552 = 682991 kJ/h = 190 kW Lượng khơng khí khơ cần dùng: G’=Wl’= GH 2O Lượng khơng khí khơ cần dùng để bốc 1kg ẩm: d2' l' = 33 4.3 Tính tốn thiết kế thiết bị phụ 4.3.1 Thiết kế gia nhiệt Chọn gia nhiệt với thiết kế chùm ống trơn Quá trình làm việc ống hư hỏng không đều, ống gần tiếp xúc trực tiếp với buồng đốt thường hay hư hỏng trước Do ta chọn ống trơn để dễ dàng thay ống cục trình sử dụng, dễ dàng lắp đặt sửa chữa xảy hư hỏng Bố trí ống chọn kiểu bố trí so le đề tăng khả tiếp xúc nhiệt Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng khí –khí - Khơng khí nóng ống - Khói lị ngồi ống - P = 1,5 bar Các thơng số vật lý khí vào trao đổi nhiệt o - t0 = 25 C - I0 = 68 kJ/kg kk khô - d0 = 0,017 kg H2O/kg kk khô - = 1,185 kg/m - C p = 1,005 kJ/kg độ - = 2,645*10 W/m độ - = 15,53*10 m /s - Pr = 0,702 -2 -6 Các thông số vật lý khí khỏi trao đổi nhiệt o - t1 = 110 C - I1 = 162 kJ/kg kk khô - t1 =0,017 kg H2O/kg kk khô - = 1,844 kg/m - C p =1,009 kJ/kg độ - = 3,275*10 W/m độ - = 24,29*10 m /s - Pr = 0,687 -2 -6 34 Các thông số vật lý khí khỏi buồng sấy o - t2 = 60 C - I2 = 162 kJ/kg kk khô - d2 = 0,038 kg H2O/kg kk khô Lượng ẩm cần tách : GH2O= W= 171,42 kg/h Lượng ẩm lấy từ buồng sấy ứng với 1kg không khí khơ: = d3 – d1 = 0,038 – 0,017 = 0,021 kgH2O/kg kk khơ Lượng khơng khí cần thiết G G 171,42 H 2O d 8161 kg/h 0,021 Lưu lượng khơng khí cần thiết: V Với G 8161 1,2 6802,5 m /h 1,2 khối lượng riêng không khí ẩm Lượng nhiệt trao đổi nhiệt cần cung cấp cho TNS tính xác Q = (I’2 – I1)*G’ = (151 - 68)*9523 = 796000 kJ/h = 220 kW Sử dụng chùm ống trơn, xếp so le d1: đường kính d2 : đường kính ngồi Chọn ống 62 d d1 (mm) 60 Chiều dài ống l = 2m Bước ống s1 = 2s2 = 2d1 = 124 mm Ống thép có hệ số dẫn nhiệt  tf 45 W/m độ Nhiệt độ trung bình khơng khí thiết bị trao đổi nhiệt 25 110 o 67,5 C  Các thông số khí: Độ nhớt khơng khí Hệ số dẫn nhiệt -6 =20,8.10 m /s = 0,0294 W/m độ 35 Chọn vận tốc khí vào  3,5m/s Tiêu chuẩn Reynold khơng khí: Ref = * d = 3,5*3,14*0,06 = 317020 > 103 20,8.10  Ống xếp so le: 0,6 Nuf = 0,35 * Re0f,6 * * i * s = 0,35*(317020) *1*0,7*1 = 489,57 Với i0,7 s  Hệ số trao đổi nhiệt Nu f dE  Hiệu suất truyền nhiệt: d 62 Ở đây: thức: d1 60 1,03