Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN I. TỔNG QUAN 5 I. GIỚI THIỆU CHUNG 5 1. Mở đầu 5 2. Giới thiệu chung về cà phê 5 II. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE 8 3. Giới thiệu về mấy sấy thùng quay 9 PHẦN II. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU 12 1. Nhiệt dung riêng của than 12 2. Nhiệt trị than: 12
Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá MỤC LỤC GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 1 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, trong các ngành công nghiệp hoá chất thực phẩm, vật liệu xây dựng, đồ gốm Thì sấy là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm còn đối với các ngành công nghiệp, hoá chất, sản xuất vật liệu xây dựng thì mỗi quy trình kỹ thuật đều phải yêu cầu phối liệu, nguyên liệu có độ ảm nhất định vì vậy mà người ta sấy để điều chỉnh độ ẩm phù hợp với điều kiện công nghệ mặt khác sấy còn có nhiều lợi ích thiết thực trong cuộc sống cũng như trong sinh hoạt ví dụ như giảm bớt các chi phi vận chuyển, bảo vệ sản phẩm Sấy có tác dụng tách nước ra khỏi nguyên vật liệu và sản phẩm. Do đó để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng các thiết bị sấy như: Buồng sấy, hầm sấy, thùng sấy Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu dạng cục nhớ, hoặc dạng hạt có độ ẩm ban đầu lớn và có thể làm việc liên tục, cho năng suất cao. Em được thầy giáo "Nguyễn Văn Mạnh" giao nhiệm vụ "Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôi chiều" với: - Năng suất 10 tấn/giờ - Độ ẩm đầu của vật liệu là 11% - Độ ẩm đầu ra của vật liệu là 1,0% - Nhiệt độ khói lò vào là 150 0 C - Nhiệt độ khí thải là 40 0 C - Thiết bị sấy: Sấy thùng quay Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự chỉ bảo của thầy giáo Nguyễn Văn Mạnh và các thầy cô giáo trong khoa Hoá của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ chỉ bảo cho em. Đến nay em đã hoàn thành đồ án của mình với những nội dung như sau: GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 2 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá Phần I. Phần tổng quan Phần II. Tính toán và lựa chọn nhiên liệu Phần III. Tính toán thiết bị chính Phần IV. Tính toán cơ khí Phần V. Tính toán thiết bị phụ Phần VI. Kết luận Do trình độ hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi sự thiết sót, em rất mong nhận được sự góp ý và sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn để bài làm của em được hoàn thiện hơn. Em xin được chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Hoá của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Chúc thầy, cô có sức khoẻ tốt để hoàn thành được các nhiệm vụ được giao. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2011 Sinh viên Lê Anh Tuấn GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 3 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá PHẦN I. TỔNG QUAN I. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Mở đầu Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống hàng ngày cũng như trong sản xuất, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như: Công nghiệp sản xuất gạch ngói, phân lân. Công nghiệp thực phẩm. Từ những năm 70 trở lại đây, con người đã phát triển công nghệ sấy ngày một hiện đại hơn nhằm sấy các nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thêm thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng như các loại trái cây khô, cà phê bột, muối, cá khô, thịt khô, lúa, ngô, khoai, sắn Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới không khí tương đối ẩm ướt chính vì vậy công nghệ sấy ngày càng được chú trọng hơn. Đặc biệt kết hợp phơi sất để tiết kiểm năng lượng. Nghiên cứu thiết bị sất và công nghệ sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất. Trong các nguyên liệu sấy thì cà phê đòi hỏi kỹ thuật sấy phải cao bởi cà phê sau khi sấy phải gói giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta phải lựa chọn phương thức sấy và thiết bị sấy sao cho phù hợp, đạt hiệu quả cao nhất. Dựa vào đặc tính của cà phê ta có thể lựa chọn các thiết bị sấy, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy hầm. 2. Giới thiệu chung về cà phê a. Cấu tạo quả cà phê Quả cà phê gồm có: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ chấu, lớp vỏ lụa và lớp nhân. GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 4 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá Hình vẽ + Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài mềm, ngoài bì có màu đỏ vỏ quả cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít. + Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay sát hơn, vỏ cà phê mít cứng và dày hơn. + Hạt cà phê sau khi loại từ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc. Bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng, nhiều chất xơ gọi là "vỏ trấu" tức là nội bì vỏ trấu của cà phê chè mỏng hơn và dễ đập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít. + Xát cà phê thóc còn 1 lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tuỳ theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ long ra khỏi hạt trong quá trình chế biến vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám sát vào nhân của cà phê. + Trong cùng là nhân cà phê, lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu, phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn một quả cà phên thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thông thường có 2 nhân. GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 5 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của cà phê (tính theo % quả tươi) Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối(%) Vỏ quả 43 ữ 45 41 ữ 42 Lớp nhớt 20 ữ 23 21 ữ 42 Vỏ trấu 6 ữ 7,5 6 ữ 8 Nhân và vỏ lụa 26 ữ 30 26 ữ 29 b. Cấu tạo của nhân cà phê Bao gồm 2 bộ phận: + Phôi + Mô dinh dưỡng Thành phần hoá học của nhân cà phê Nước 8 ÷ 12 (g/100g) Chất dầu 4 ÷ 18 (g/100g) Đạm 1,8 ÷ 2,5 (g/100g) Protein 9 ÷ 16 (g/100g) Caphein 1 (Asubinca) Cloroenic axit 2 (g/100g) Trionelline 1(g/100g) Tomin 2(g/100g) Caphetomic axit 8 ÷ 9 (g/100g) Caphe axit 1(g/100g) GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 6 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá II. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE ` GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 7 Thu nhận và bảo quản cà phê Sàng phân loại và làm sạch Xát tươi Rửa Làm ráo Thu được cà phê nhân Sấy Đóng bao đưa vào bảo quản Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá * Thuyết minh dây chuyền Cà phê sau khi thu hoạch được đưa vào kho bảo quản từ đó đưa đo sàng để phân loại hạt và làm sạch chúng trước khi tiếp tục chế biến quả cà phê sau khi phân loại vỏ làm sạch được đưa vào thiết bị trà xát tươi để loại bỏ các lớp vỏ, thịch. Các chất nhờn ra bên ngoài sau đó toàn bộ hạt cà phê đã được sát tươi cho vào hệ thống rửa sạch hạt, ráo hết nước thu được cà phê nhân. Đưa toàn bộ cà phê nhân vào thiết bị sấy và tiến hành sấy làm khô, kết thúc quá trình sấy, tiến hành đóng bao sản phẩm. Pentotan 5(g/100g) Tinh bột 5 ÷ 23 (g/100g) Saccoro 5 ÷ 10 (g/100g) Xenlulo 10 ÷ 20 (g/100g) Hemixenlulo 20 (g/100g) Linhin 4 (g/100g) Canxi 85 ÷ 100 (g/100g) Photphat 130 ÷ 165 (g/100g) Sắt 3 ÷ 10 (mg/100g) Natri 4 (mg/100g) Mangan 1 ÷ 4,5 (mg/100g) 3. Giới thiệu về mấy sấy thùng quay a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Máy sấy thùng quay có cấu tạo gồm một hình trị đặt nghiêng góc khoảng từ 3 ÷ 5 o - Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cực nhỏ như củi, than đá, cà phê, phân lân, các loại quặng máy sấy thùng quay có cấu tạo là một hình trụ được làm bằng thép có chiều dày 10 ÷ 14 mm, đường kính của thùng 1,2 ÷ 2,8 (m), chiều dài của thùng từ 6 ÷ 15m. Thân thùng được tựa trên các bệ đờ mỗi lệ bờ có 2 con lăn đỡ và có GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 8 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá một con lăn chặn thùng quay được là nhờ chuyển động bằng bánh răng và hợp giảm tốc. - Vật liệu được nạp liên tục vào đầu cao của thùng và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn các đệm ngăn này vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, đảm bảo vật liệu, vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy. Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong máy sấy thường là 2 ÷ 3 (m/s) - Vật liệu thô được tháo ra theo cơ cấu tháo sản phẩm nhờ may vận chuyển như băng tải, vít tải rồi đưa vào hệ thống tách bụi như xylon, lọc bụi, để tránh những hạt bụi bị cuốn theo khí thải các hạt bụi được tách ra khỏi khí được dẫn về máy vận chuyển, còn khí sạch được thải ra ngoài. - Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng quay gồm 6 giai đoạn. - Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp được dùng khí sấy những vật liệu cục to, ấm và có xu hướng đông vón cục. - Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau. - Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo trên toàn bộ tiết diện của thùng được dùng để sấy các loại vật liệu cục, nhỏ, xốp. - Máy sấy thùng quay được quy chuẩn hoá theo đường kính thùng là 1200; 1400; 1600; 1800; 2800 (mm) tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng 4,0 ÷ 3,5 ÷ 7. * Ưu điểm của máy sấy thùng quay: - Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân sấy. - Cường độ sấy lớn, thiết bị sấy được thu gọn có thể cơ khí hoà và tự động hoà toàn bộ khâu sấy. - Cho năng suất lớn GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 9 Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá * Nhược điểm - Vật liệu bị đảo trộn nhiều lần nên dễ sinh lại do vỡ vụn trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy. b. Thuyết minh dây chuyền sản xuất Vạt liệu sấy được đưa qua cửa nạp liệu và đi vào trong thùng quay nhờ những đệm chẵn với hệ số đổ đầy β = 0,1 ÷ 0,2. Tác nhân sấy là sử dụng khói lò rạo ra từ nhiên liệu đốt than từ buồng đốt và được điều khiển tốc độ đi từ 2 ÷ 3 m/s để tránh tạo bụi. Tác nhân sất và vật liệu sất có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều, nhưng theo thiết kế đi chùng chiều trong thùng sấy nhờ những đệm ngăn, vật liệu được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó rơi xuống trong quá trình đó vật liệu trực tiếp tiếp xúc với tác nhân sấy thực hiện quá trình truyền nhiệt và truyền khói là bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài của thùng. Vật liệu sau khi được sấy đạt tiêu chuẩn cho phép được lấy ra theo cửa tháo liệu và đi vào các công đoạn tiếp theo khí thải được hệ thống quạt hút và ở đó thường bố trí các xylon để lọc bụi. GVHD: Nguyễn Văn Mạnh SVTH: Lê AnhTuấn 10 [...]... 7 Số vòng của thùng sấy là: Số vòng quay được xác định theo công thức n= m.k Lt T Dt tgα (vòng/phút) Trong đó: Lt; Dt chiều dài và đường kính thùng sẫy α: góc nghiêng thùng quay từ 1: 6 chọn α = 30 m,k hệ số phụ thuộc vào cầu tạo cành và chiều chuyển động của khí Chọn m = 0,75; k = 0,7 (theo sơ đồ d STT 2 -122) GVHD: Nguyễn Văn Mạnh 20 SVTH: Lê AnhTuấn Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá T: Thời... hoá T: Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng say số vào: n= 0, 75.0, 7.10 = 2, 2 (vòng/phút) 25.1,8.th3 8 Công suất cần thiết để quay thiết bị Áp dụng công thức: N = 0,13.10 −2.Dt3.Lt an p x ( Kw) (Sổ tay quá trình và TB T2 - 123 Với n: Số vòng quay của thùng a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh chọn a =0,026 theo VII:5 -123 Dt; Lt Đường kính và chiều dài của thùng (m) fx khối lượng riêng xốp trung bình... lại thể tích thùng sẫy và cường độ bay hơi ẩm Áp dụng công thức: Vtt = GVHD: Nguyễn Văn Mạnh π Dt2 Lt D↓4 19 SVTH: Lê AnhTuấn Trường ĐHCN Hà Nội Thay vào số: Vtt = Khoa công nghệ hoá −314.1,82.10 25, 434(m3 ) 4 W 1010,10 3 Áp dụng công thức: A = V = 25, 434 = 39, 7(kg / m h) tt 6 Thời gian sấy của vật liệu trong thùng - Đối với máy sấy thùng quay thời gian sấy được xác định theo công thức 120 β f x... Thay số vào ta có Vthùng = 1010,10 = 25,25 (m3) 40 Chọn Vthùng = 25 (m3) 5 Chiều dài của thùng, đường kính của thùng xét tỷ lệ a) Áp dụng tỷ lệ Lt Lt =5 = (3,7 ÷ 7) chọn Dt Dt => Lt = 5Dt Từ công thức: π Dt2 Lt π Dt2 5 Dt 5π Dt3 V= = = 4 4 4 => Dt = 3 4V 4.25 =3 = 1,8 (m) 5π 5.3,14 b Chiều dài thùng sấy là: Áp dụng công thức: Lt = 5.Dt Thay số vào ta có: Lt = 5.1,8 = 9(m) Chọn Lt = 10 (m) c, Tính lại... Lượng vật liệu vào máy sấy G1 = 10000 (kg/h) W1: độ ẩm của vật liệu trước khi vào W1 = 11% W2: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy W2 = 4,0% [Theo công thức 10,2-254 Quá trình và thiết bị trong CNHH và TP tập 2] Thay số vào ta có: 11 − 1, 0 W= 1000 100 − 1, 0 = 1010,10 (kg/h) 2 Lượng vật liệu khô tuyệt đối Áp dụng công thức: Gk = G1 100 − W1 100 (kg) [Quá trình và thiết bị tập 2 - 165] Thay số vào ta được:... số vòng quay n = 1460 vòng/phút, hiệu suất 0,9 [Bảng P13 - tính toán thiết kế dẫn động cơ khí T1 -235] 12 Tỷ số truyền và số vòng quay * Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động N 1460 dc = Uhệ = N 2, 2 = 663,6 thung Chọn hộp giảm tốc bánh răng hình trụ 2 cấp có tỷ số truyền giữa hộp giảm tốc và động cơ là Uhộp = 40 U 663, 6 he Udd = U = 40 =16,6 hop * Số vòng quay của bánh răng nhỏ ăn khớp với bánh... thiết bị sấy 10.1 Nhiệt lượng vào Gọi n là số kg than cần đốt trong một giờ tổng nhiệt lượng: Qvào = Q1 + Q2 (45/s) * Với: Q1: nhiệt lượng do nhiên liệu sấy mang vào áp dụng công thức: Q1 = G1 C1 t1 Trong đó: G1: Nguyên liệu của màng sấy G1= 10000kg/h = 2,78 (kg/s) C1: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi vào máy chọn C 1 = 1,5 (45/kg0C) t0: Nhiệt độ của vật liệu sấy vào máy sấy t0 = 250C thay số: Q1... qua lớp cách nhiệt Áp dụng công thức: qmt = 3, 6.K F ∆ttb (k5/kgấm) W Trong đó: F: Diện tích bao quanh thùng sấy (m3) W: Lượng ấm bốc hơi (kg/h) K: Hệ số truyền nhiệt W/m2 0C ∆ttb : Hệ số nhiệt độ trung bình * Xác định hệ số truyền nhiệt K Áp dụng công thức: K= 1 1 δ 1 +∑ + α1 λ α2 5: chiều dài của thành thiết bị (m) α1: hệ số cấp nhiệt đối lưu của tác nhân sấy đến thành thiết bị (W/m2 0C) GVHD: Nguyễn... 05 = 1,006 6 Vậy KF = KKP.KFαKFV = 1,24.1,05.1,006 = 1,3098 * Yβ: Hệ số kế đến độ nghiêng của sấy β = 0 => Yβ = 1 * Yε : Hệ số kế đến sự trùng khớp của răng 1 1 Yε = Z = 0,89 = 1,123 ε * YF: hệ số dạng răng và hệ số dịch chuyển x = 0 YF1 = 4,08 YF2 3,06 => Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2 [Dựa vào bảng 6.18/109-IV] * Mođun bánh răng dựa vào [6.17/107-IV] GVHD: Nguyễn Văn Mạnh 36 SVTH: Lê AnhTuấn ... 100 − 11 = 8900 (kg) 100 3 Phương trình cân bằng nhiệt Áp dụng công thức W = G1 - G 2 Trong đó: G2: Khối lượng vật liệu khô đi ra khỏi máy sấy => G2 = G1 - W Thay số vào ta có: G2 = 10000 - 1010,10 = 8989,9 (kg/h) GVHD: Nguyễn Văn Mạnh 18 SVTH: Lê AnhTuấn Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ hoá 4 Thể tích thùng sấy: Thể tích thùng sấy từ máy được áp dụng công thức : W (m3) A Vthùng = A: Cường độ bay hơi . "Nguyễn Văn Mạnh" giao nhiệm vụ " ;Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôi chiều& quot; với: - Năng suất 10 tấn/giờ - Độ ẩm đầu của vật. của cà phê chè mỏng hơn và dễ đập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít. + Xát cà phê thóc còn 1 lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tuỳ theo loại cà phê vỏ lụa cà phê. thiệu về mấy sấy thùng quay a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Máy sấy thùng quay có cấu tạo gồm một hình trị đặt nghiêng góc khoảng từ 3 ÷ 5 o - Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc