Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án: Thiết kế máy sấy trà với năng suất 200kg/h
ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 2 THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ .3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .4 Các thông số sử dụng tính toán 4 Tính cân bằng vật chất .7 Thời gian sấy 7 HẦM SẤY: 8 I. Băng tải .8 II. Kích thước hầm 10 III Động cơ băng tải 11 CÂN BẰNG NHIỆT .14 I. Sấy lí thuyết .14 II. Tổn hao nhiệt .15 III. Sấy thực .23 THIẾT BỊ PHỤ 27 I. Calorifer 27 II. Cyclon .32 III. Quạt .33 IV. Gầu tải nhập liệu 36 TÍNH KINH TẾ 38 KẾT LUẬN .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .40 SVTH: Tống Thò Hương. 1 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng MỞ ĐẦU Trà là một thức uống có tính giải khát phổ thông trong nhân dân đặc biệt là nhân dân vùng châu Á. Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trong trà có những dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khoái, tỉnh táo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hoá… Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà. Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong đó sấy là một công đoạn hết sức quan trọng. Mục đích của sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình chỉ quá trình lên men nhằm giữ lại tối đa những chất có giá trò trong lá trà giúp hình thành hương vò, màu sắc của trà. Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo quản chất lượng trà trước khi phân loại. Trong thời gian sấy khô, lá tràbò biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học: Tổng hàm lượng các chất hoà tan giảm đi so với lá chè xong. Hàm lượng cafein giảm đi một ít. Đó là do sự bay hơi một phần và do sự thăng hoa của các hợp chất này khi sấy khô. Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy: Giai đoạn chế biến Nitơ hòa tan,mg Cafein, mg Nitơ amonic, mg Lá trà lên men 21,63 2,89 1,19 Bán thành phẩm 20,05 2,60 0,67 Nhóm chất hydratcacbon có những biến đổi như sau: Giảm một ít hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột. Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% của trà đen bán thành phẩm) Lượng protein cũng giảm đi trong thời gian sấy này Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước khi sấy còn lại 1,81 g/kg sau khi sấy. Trong khi sấy trà cần chú ý: • Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng ứ đọng hơi ẩm làm giảm chất lượng trà rõ rệt. • Nhiệt độ sấy quá cao & không khí thổi vào quá lớn sẽ làm cho trà bò cháy vụn, nhiệt độ càng cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh. Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạo trên bề mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thoát ra ngoài, kết quả không tiêu diệt được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng của trà nhanh chóng xuống cấp trong thời gian bảo quản. Các phương pháp sấy: - sấy thường - sấy có bổ sung nhiệt SVTH: Tống Thò Hương. 2 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng - sấy có đốt nóng giữa chừng - sấy tuần hoàn khí thải Trong đồ án này ta chọn phương thức sấy thường vì không yêu cầu phải giảm nhiệt độ của tác nhân sấy. Mặt khác nếu dùng các phương pháp khác sẽ phức tạp về kết cấu thiết bò dẫn đến không hiệu quả về mặt kinh tế. Thiết bò sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thổi khí… Ta chọn hầm sấy với thiết bò vận chuyển là băng tải vì phương án này có những ưu điểm như sau: Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn & sắp xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy. Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí. Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như trà. Hoạt động liên tục. Có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều. Bên cạnh những ưu điểm thì phương án này cũng có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức tạp. SVTH: Tống Thò Hương. 3 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Ngay khi qúa trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym. Muốn vậy trong công nghệ chế biến trà hiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thời tạo ra những chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hoàn thiện chất lượng sản phẩm. Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm trong bồn chứa được gầu tải đưa vào bộ phận nhập liệu. Bộ phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ giúp trà được đưa vào máy sấy liên tục không bò nghẽn lại ở đầu băng tải. Sau đó tay gạt điều chỉnh độ dày của chè vào hầm sấy. Khi vào hầm sấy chè sẽ chuyển động cùng với băng tải đến cuối băng tải thứ nhất chè đổ xuống băng tải thứ hai và chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuối cùng và theo máng tháo liệu ra ngoài. Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%. Tác nhân sấy(TNS): không khí nhiệt độ 25 o C đi vào quạt đẩy qua caloriphe được gia nhiệt đến 100 o C, không khí nóng theo đường ống đi vào hầm sấy. Trong hầm không khí đi qua các băng tải. Sau cùng không khí được quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngoài. Một phần chè bò lôi cuốn bởi TNS sẽ được thu hồi bằng cyclon. Sở dó ta chọn nhiệt độ đầu ra của TNS t 2 = 40 o C vì nhiệt độ này vừa thích hợp tránh bò tổn hao nhiệt cũng như đảm bảo trên mặt sản phẩm không bò đọng sương SVTH: Tống Thò Hương. 4 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng PHẦN TÍNH TOÁN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thông số sử dụng tính toán: • Vật liệu sấy: Năng suất G 2 = 200 kg/h Độ ẩm đầu theo vật liệu ướt W 1 =60% Độ ẩm đầu theo vật liệu khô ω 1 = 1 1 100 W W − = 60100 60 − = 150% Độ ẩm cuối vật liệu ướt W 2 = 5% Tương tự : Độ ẩm cuối theo vật liệu khô: ω 2 = 5100 5 − = 5,26% Khối lượng riêng của vật liệu khô ρ 0 = 24 kg/m 3 (suy ra từ T45[2]) Nhiệt dung riêng của vật liệu khô c vlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn vì nhiệt dung riêng của thực phẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1]) • Tác nhân sấy: là không khí nóng với các thông số được tra và chọn như sau: Không khí vào caloriphe t 0 = 25 o C, ϕ o = 85% Không khí vào hầm sấy t 1 = 100 o C Không khí ra khỏi hầm sấy t 2 = 40 o C. I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA KHÔNG KHÍ: t t 0 A t 1 C 0 2 B I I 1 = 2 I ( kJ/ kgkk) d ( kg ẩm/ kgkk) d = d 0 d 21 1. Không khí trước khi vào caloriphe (điểm A): Chọn nhiệt độ không khí trước khi vào caloriphe: t o =25 o C. Đây là nhiệt độ thấp nhất trong năm ở Tp. HCM. Chọn như trên đảm bảo thiết bò hoạt động bình thường quanh năm. Chọn độ ẩm không khí trước khi vào caloriphe: ϕ o = 85%. SVTH: Tống Thò Hương. 5 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng p suất hơi bão hòa: ) 5,235 42,4026 12exp( t P b + −= ,bar (2.31[1]) ) 255,235 42,4026 12exp( + −= bo P = 0,0315 bar Hàm ẩm: b b PB P d ϕ ϕ − = 621,0 (2.18[1]) Trong đó B là áp suất khí trời nơi các đònh độ ẩm, lấy B= 1 atm lấy B=1,013bar. 0315,085.0013,1 0315,085.0 621,0 ×− × = o d = 0,0167 kg ẩm/kg kk khô enthalpy I o : I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) I o = 1,004x25 + 0,0167(2500 + 1,842x25) = 67,613 kJ/kg kk khô. vậy d o = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô. I o = 67,613 kJ/kg kk khô. 2. Không khí sau khi đi qua caloriphe (điểm B): Chọn nhiệt độ không khí sau caloriphe là: t 1 = 100 o C. Hàm ẩm d 1 = d o = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô. p suất hơi bão hoà: ) 5,235 42,4026 12exp( t P b + −= ) 1005,235 42,4026 12exp( 1 + −= b P = 0,9987 bar. Độ ẩm của không khí: )621,0( dP Bd b + = ϕ (2.19[1]) )0167,0621,0(9987,0 0167,01 1 + × = ϕ = 0,0266=2,66% Enthalpy I 1 : I= 1,004t + d(2500 + 1,842t) (2.25[1]) I 1 =1,004x100 + 0,0167(2500 + 1,842x100) =145,226 kJ/kg kk khô. Vậy:d 1 =d o = 0,0167kg ẩm/kg kk khô. I 1 = 145,226 kJ/kg kk khô. ϕ 1 = 2,66%. 3. Không khí ra khỏi hầm sấy (điểm C o ): Nhiệt độ không khí ra khỏi hầm sấy: t 2 = 40 o C. SVTH: Tống Thò Hương. 6 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Enthalpy I 2 = I 1 = 146,300 kJ/kg kk khô. p suất hơi bão hòa: ) 5,235 42,4026 12exp( t P b + −= ,bar (2.31[1]) ) 405,235 42,4026 12exp( 2 + −= b P = 0,0732 bar Hàm ẩm d 20 : (2.26[1]) 2 22 20 842,12500 004,1 t tI d + − = 40842,12500 40004,1226,145 20 ×+ ×− = d = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô. Độ ẩm không khí: (2.19[1]) )0408,0621,0(0732,0 0408,01 20 + × = ϕ = 85,32% vậy:d 2 = 0,0408 kg ẩm/kg kk khô. I 2 = I 1 = 145,226 kJ/kg kk khô. ϕ 20 = 85,32% BẢNG 1: Trạng thái Điểm A (0) Điểm B (1) Điểm C (2) t o C 25 100 40 ϕ% 85 2,68 85,32 d, kgẩm/kgkkkhô 0,0167 0,0408 0,0408 I, kJ/kgkkkhô 67,613 145,26 145,226 ν, m 3 /kg 0,8865 1,1124 0,966 ν: thể tích riêng của không khí được tra trong bảng Phụ lục 5 tài liệu [1]. II CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Giả thiết quá trình sấy không có tổn thất vật liệu sấy: G 1 (1 – W 1 ) = G 2 (1 – W 2 ) Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bò: G 1 = G 2 1 2 1 1 W W − − = 200 60,01 05,01 − − = 475 (kg/h) Lượng ẩm bốc hơi: W= G 2 – G 1 = 475 – 200 = 275 kg/h Cân bằng ẩm: W = L(d 2 – d 1 ) = L (d 2 – d 0 ) Lượng không khí khô cần để bốc hơi 1 kg ẩm vật liệu: l= W L = 02 1 dd − = 0167,00408,0 1 − = 41,494 kg kk khô/kg ẩm SVTH: Tống Thò Hương. 7 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Lượng không khí khô cần: L o = lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h THỜI GIAN SẤY Theo tài liệu “ Kó thuật chế biến chè” của I.A.Khotrolava. (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng Vinh dòch). Độ ẩm đầu, % Độ ẩm cuối, % Thời gian sấy, h U’(vl ướt) U (vl khô) U’ U 63,5 173,97 20,1 25,16 0,32 14,3 16,69 5,72 6,07 0,25 63,5 173,97 5,72 6,07 0,52 Gọi U th : độ ẩm tới hạn, U * : độ ẩm cân bằng. Thay vào phương trình thời gian sấy: τ = * 2 ** ln UU UU N UU N UU thththo − −− + − Ta được: 0,32 = * ** 16,25 ln 97,173 U UU N UU N U ththth − −− + − 0,25 = * ** 07,6 ln 69,16 U UU N UU N U ththth − −− + − 0,52 = * ** 07,6 ln 97,173 U UU N UU N U ththth − −− + − Giải hệ 3 phương trình trên ta được: U th = 79,57% U * = 0,38% N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khôxh) Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ U o = 150% xuống U 2 = 5,26% (vật liệu sấy của đề tài) thì tốn khoảng thời gian là: τ = * ** 26,5 ln 150 U UU N UU N U ththth − −− + − = 38,026,5 38,057,79 ln 52,582 38,057,79 52,582 57,79150 − −− + − = 0,4997 h = 29,98 ph ≈ 30 ph = 0,5h vậy thời gian sấy là 30 phút. SVTH: Tống Thò Hương. 8 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY I BĂNG TẢI: 1. Số lượng băng tải: • Khối lượng riêng của chè có W 1 = 60%: on WW ρρρ 11 1 1 1 − += khối lượng riêng của nước :ρ n = 998 kg/m 3 khối lượng riêng của chè khô:ρ o = 24 kg/m 3 thay vào công thức ta được: 24 6,01 998 6,01 1 − += ρ ⇒ ρ 1 = 57,91 kg/m 3 • Thể tích vật liệu chứa trong thiết bò: V= V 1 τ = 1 1 ρ G τ (6.28[2]) V 1 , G 1 , ρ 1 : thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bò: τ : thời gian sấy. ⇒ V 1 = 1 1 ρ G = 91,57 475 = 8,202 m 3 /h. • Năng suất của thiết bò sấy băng tải: V 1 = τ δ b BL (6.29[2]) δ: chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, m δ = 0,03m. B: chiều rộng băng, m L b : chiều dài băng tải, m Chọn B = 2 m. Thay số vào phương trình trên ta được: L b = B V δ τ 1 = 2030 502028 × × , ,, = 68,35 ≈ 69 m • Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn Số tầng băng tải chọn là i = 3. Chiều dài của mỗi băng tải là: l b = 3 69 = 23 m. 2. Tính con lăn đỡ băng: Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải: l t = A – 0,625B (5.8[2]) A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu ρ = 57,91< 1000 kg/m 3 ⇒ A= 1750mm Vậy: l t = 1,75 – 0,625 x 2 = 0,45 m SVTH: Tống Thò Hương. 9 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: l o = 2l t = 2 x 0,45 = 0,9 m Số con lăn bằng: Nhánh không tải: n 1 = o b l l = 90 23 , = 25,6 chọn 26 Nhánh có tải: n 2 = t b l l = 450 23 , = 51,1 chọn 52 ⇒ tổng số con lăn cần dùng là: n = (n 1 + n 2 ) x i = (26 + 52) x 3 = 234 con. Kích thước con lăn: Đường kính 120mm Chiều dài 2000mm Làm bằng thép CT 3 Kích thước bánh lăn: Đường kính 300mm = φ 2 Chiều dài 2000mm Làm bằng thép CT 3 II KÍCH THƯỚC THÂN THIẾT BỊ Chiều dài: L h = l b + 2 L bs = 23 + 2.0,5 = 24 m Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng là 0,9 m H h = i d băng + (i-1)d + 2d bs = 3x0,3 + 2x0,9 + 2x0,9= 4,5 m Chiều rộng: B h = B + 2B bs = 2 + 2x0,3 = 2,6 m Kích thước phủ bì: - tường xây bằng gạch, bề dày tường δ 1 = 250 mm. Tường được phủ lớp cách nhiệt δ 2 = 50 mm. - trần đổ bêtong dày δ 3 = 100 mm có lớp cách nhiệt δ 4 = 50 mm Chiều dài hầm: L = 24 + 2x(0,1+0,25) = 24,7m Chiều rộng hầm: B = 2,6 + 2x(0,05+ 0,25) = 3,2m Chiều cao hầm: H = 4,5 + 0,1 + 0,05 = 4,65 m Tính vận tốc dòng khí trong quá trình sấy lí thuyết: td k F V 0 = ω với ω k : vận tốc TNS trong hầm sấy. V o : lưu lượng thể tích TNS F td : tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải: F td = B h d = 2,6x0,9 = 2,34 m 2 SVTH: Tống Thò Hương. 10 [...]... TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng CÂN BẰNG NHIỆT I SẤY LÍ THUYẾT: Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy lí thuyết: Qo = Lo (I1 – Io) = 11409,75( 145,226 – 67,613) = 885630,3011 kJ/h = 246,008 W Năng lượng tiêu hao tính cho 1 kg ẩm bay hơi: qo = Qo 885630,3011 = =3220,474 kJ/kg ẩm 275 W (7.15[1]) (7.16[1]) II TỔN HAO NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH SẤY THỰC: 1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra... 100 2,64 Hiệu suất của thiết bò sấy thực: SVTH: Tống Thò Hương 25 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng ηT = q1 2469,18 = = 71,14% q 3470,759 Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy: TNS ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC, ϕ2= 82.76% = 83% Tra phụ lục 5[1], ta được thể tích riêng νC = 0,965 m3/kg VC = L’νC = 12016,401x 0,965 = 11595,830 m3/h TNS trước khi vào hầm sấy ta đã tra theo bảng... nhân sấy vào tường sấy: SVTH: Tống Thò Hương 18 ĐAMH TK Hệ thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng q1= α1∆T= 53,630x 0,55 = 29,497 W/m2 b) Tính hệ số cấp nhiệt α 2: α2 = α2’ + α2” α2’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α2”: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ tường ngoài của hầm sấy ra môi trường Tính α2’: Không khí chuyển động tự do bên ngoài tường hầm sấy thẳng đứng thì: α2’= 1,98 4 ∆t 2 Với: ... GC qvl = 2 vl (tvlc − tvlđ ) W với G2: khối lượng vật liệu đầu ra, kg/h W: lượng ẩm cần tách, kg/h Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi hầm sấy, kJ/kg.độ tvlđ, tvlc : nhiệt độ vật liệu lúc vào và ra khỏi hầm sấy tvlđ = to = 25oC tvlc = t2 = 40oC ( sấy cùng chiều, vật liệu dễ hấp thụ nhiệt) Nhiệt dung riêng của khoai mì ra khỏi hầm sấy: Cvl = Cvlk ( 1-W2) + CaW2 Với Cvlk: nhiệt dung riêng của... ( ) ( ) 0,0035 0,03 0,03 0,044 − 0,03 = 0,1165 Vậy trở lực qua calorifer: ∆Pc = 0,1165 ×1,128 × 11,98 2 ×13 = 122,592 N/m2 2 II TÍNH CYCLON: Năng suất khí vào cyclon chính là năng suất khí ra khỏi hầm: VX = L’νC = Vc = 11595,830 m3/h.(đã tính ở trên) Năng suất khí vào cyclon lớn nên ta sẽ sử dụng nhóm 4 cyclon: VX = 4Vs V 11595,830 Vs = X = = 2898,956 m3/h = 0,805 m3/s 4 4 1 (4.69[8]) 1 Khối... thống sấy băng tải GVHD: Trònh Văn Dũng Tính mbăng ta chọn băng là thép không rỉ có ρ = 7900 kg/m3, bề dày δ = 1 mm mbăng = LbδBρ = 69 x 0,001 x 2 x 7900 = 1090,2 kg mvl = G1τ = 475 x 0,5 = 237,5 kg ⇒ P = (1090,2 + 237,5)x 9,81 = 13024,737 N ⇒N = 13024,737 × 0,038 = 0,495 kW 1000 η: hiệu suất chung η= η12η23η3 η= 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng η = 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn η= 1: hiệu suất. .. tường hầm sấy rồi so sánh với nhiệt độ t T1= 69,45oC và tT2= 29oC đã giả thiết ban đầu K t (t tb − t k ) 0,745(70 − 25) tT1 = ttb = 70 = 69,375oC 53,024 α1 tT2 = tk + K t (t tb − t k ) 0,745(70 − 25) = 25 + = 29,602oC 7,282 α2 với tk: nhiệt độ không khí trong phân xưởng Kiểm tra sai số: 69,45 − 69,375 69,45 29 − 29,602 29 ×100% = 0,108% . về kết cấu thiết bò dẫn đến không hiệu quả về mặt kinh tế. Thiết bò sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy. mỏi, dễ tiêu hoá… Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà. Quá trình chế biến trà thông qua nhiều công