Thiết kế hệ thống băng tải sấy bánh tráng năng suất đầu ra 500 tấn năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CNSH & CNTP ******* ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI SẤY BÁNH TRÁNG NĂN[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ CNSH & CNTP

*******

ĐỒ ÁN I: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI SẤY BÁNH TRÁNG

NĂNG SUẤT ĐẦU RA 500 TẤN/NĂM

PHẦN B: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY 14

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 34

LỜI NÓI ĐẦU

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp tách nước Quá trình sấy đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp nhưtrong thực phẩm, hóa học, dược phẩm Mục đích của quá trình sấy là làm giảmkhối lượng vật liệu, làm tăng độ bền, tăng giá trị sản phẩm và bảo quản tốt hơn

Là một nước nông nghiệp, có thế mạnh về lúa gạo, nên các sản phẩm từ lúagạo cũng rất đa dạng phong phú, một phần đã trở thành văn hóa của người ViệtNam ta

Bánh tráng hay bánh đa là một trong nhưng loại sản phẩn như vậy Đây làmột món ăn ưu thích của rất nhiều người, bởi hương vị truyền thống, có khả năngkết hợp với các nguyên liệu khác tạo ra nhiều món ăn ngon

Ở Việt Nam hiện nay có không ít các làng nghề sản xuất sản phẩm này.Trong quá trình sản xuất gặp không ít khó khăn, nhất là trong quá trình làm khôhay sấy sản phẩm Ở các làng nghề thủ công, thì chủ yếu người ta làm khô tựnhiên bằng cách phơi dưới nắng Cách này hiệu quả không cao cũng như phảiphụ thuộc nhiều vào thời tiết và đồng thời làm cho chất lượng sản phẩm chưađược đảm bảo

Nhận thức được những khó khăn trên, em chọn đề tài “Tính toán và thiết kếbăng tải sấy bánh tráng với năng suất 500 tấn/năm” làm đề tài nghiên cứu củamình

Đồ án thiết kế băng tải sấy bánh tráng còn nhiều thiếu sót do những hạn chế

về kiến thức của bản thân và các nguồn tài liệu tham khảo Em rất mong nhậnđược những ý kiến nhận xét của thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn

Kỹ thuật sản xuất bánh tráng khá đơn giản: đầu tiên người ta sẽ ngâm nguyênliệu, sau đó nghiền thành bột, tùy vào từng loại sản phẩm mà quá trình nghiền vàchế biến khác nhau, sau đó bột được tạo hình và được hấp trên chảo, trên nhữngtấm kim loại nóng hoặc hấp trong thiết bị gia nhiệt hơi nước.

Tùy vào phương pháp sản xuất và nguyên liệu đầu vào mà ta có các loại bánhtráng khác nhau

Nói chung hầu hết các quy trình sản xuất đều tương đối giống nhau giốngnhau, chỉ khác nhau ở một số giai đoạn nhất định, quyết định cấu trúc và hìnhdạng sản phẩm

Đầu tiên, bánh tráng xuất hiện theo quy mô gia đình.

Sau đó, do như cầu tiêu thụ tang nhanh, do tính chất công nghiệp hóa, bánhtráng được sản xuất hàng loạt để đáp ứng như cầu của người tiêu dùng và hiệnnay bánh tráng đang vương ra tầm thế giới

Bánh tráng mang ý nghĩa là một món ăn truyền thống của dân tộc Việt Nam,

do đó hầu như chỉ nước ta mới thấy có sản xuất loại bánh này

Trong thời gian gần đây, nhằm mục đích cơ giới hóa quy trình sản xuất bánhtráng, cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm, nhiều đề tài nghiên cứu về bánhtráng mang tính khả thi cao xuất hiện khá nhiều ở nước ta, mở ra hướng pháttriển mới cho dòng sản phẩm này

Đơn cử là đề tài “Công nghệ sản xuất bánh đa nem” của PGS.TS Mai Văn Lề,nội dung chính là giới thiệu mô hình dây truyền sản xuất bánh đa nem bán cơgiới không liên tục

Đó là những tín hiệu đáng mừng, mở ra triển vọng mới cho sự phát triển củabánh tráng

Kỹ thuật sản xuất bánh tráng phụ thuộc rất nhiều vào trính chất công nghệ củabột, đó là khả năng tạo màng Khả năng tạo màng lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó quan trọng nhất là cấu tạo và thành phần của tinh bột

1.4.1 Tỷ lệ amylose và amylopectin trong nguyên liệu:

Trong sản xuất bánh tráng, chỉ tiêu quan trọng nhất của sản phẩm là độ daicủa bánh, độ dai này được quyết định bởi hàm lượng amylopectin của tinh bột ,laoij tinh bột nào có hàm lượng amylopectin cao hơn thì màng tạo thành sẽ có độdai lớn hơn

Tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%)

Bảng: Hàm lượng amylose và amylopectin trong một số loại tinh bột

Từ bảng trên ta thấy gạo nếp và sắn coa hàm lượng amylopectin cao nhất, do

đó sản phẩm bánh tráng tạo thành sẽ có độ dai tốt nhất

1.4.2 Khả năng tạo màng

Để tạo màng, các phân tử tinh bột (amylose và amylopectin) sẽ dàn phẳngra,sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếpqua phân tử nước

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bánh tráng

Quá trình sấy bánh tráng: Đây là quá trình quan trong nhất trong quy trình sảnxuất bánh tráng, nếu thực hiện quá trình này không đạt yêu cầu thì bánh tráng dễvỡ

Quá trình tạo màng: Phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, quá trình bốc hơinước, phụ gia

Tỷ lệ amylose/amylopectin: Amylose làm sản phẩm giòn cứng, hút nước kém.Amylopectin làm sản phẩm dẻo, hút nước tốt Vậy sản phẩm bánh tráng từnguồn tinh bột giàu amylopectin có chất lượng tốt hơn

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

2.1 Tổng quan về công nghệ

2.1.1 Khái niệm sấy

Sấy là quá làm khô một vật thể bằng phương pháp tách nước

Tách nước ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kĩ thuật rất phổbiến và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngànhcông nghiệp hóa chất và công nghiệp thực phẩm

2.1.2 Mục đích

Giảm khối lượng của vật liệu (giảm chi phí chuyên chở đồng nghĩa với giảmhao hụt do vật liệu hư hỏng trên đường vận chuyển cũng như tăng chất lượng sảnphẩm)

Làm tăng độ bền (gốm sứ, gỗ )

Làm tăng giá trị của sản phẩm

Bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Là công đoạn sơ chế cho các bước chế biến tiếp theo

2.1.3 Tính chất của vật liệu sấy và các phương pháp tách ẩm

2.1.3.1Tính chất của vật liệu sấy

Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm Cách phân loại được sử dụng phổ biến nhất

là dựa vào tính chất vật lý của vật thể của A.V.Lưcôp Theo cách này, vật ẩmđược chia làm 3 nhóm:

Vật keo: là loại vật liệu mà ẩm tồn tại ở dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu.Loại nguyên liệu này khi sấy thì co lại, vẫn giữ được tính đàn hồi (gelatin)

Vật xốp mao dẫn: nước tồn tại trong loại vật liệu này nhờ vào lực mao quản.Khi sấy, nguyên liệu không co, giòn, dễ nghiền (đường, muối)

Vật keo xốp mao dẫn: nước tồn tại nhờ liên kết hấp thụ, thẩm thấu và cả lựcmao quản Đây là cấu trúc đặc trưng của hầu hết các loại nguyên liệu thực phẩm(rau, quả, thịt cá, bột, ) Loại nguyên liệu này thường hút ẩm nhiều sau khi sấykhô

Các dạng tồn tại của ẩm trong vật liệu

Ẩm dính ướt: là ẩm (nước) dính trên bề mặt của vật liệu, ẩm dễ bay hơi khisấy

Ẩm mao quản: là ẩm tồn tại trong các mao quản của vật liệu nhờ lực maoquản, ẩm này bay hơi chậm hơn so với ẩm dính ướt

Ẩm hấp thụ, thẩm thấu: là ẩm không chỉ có ở bên trong và bên ngoài vật liệu

mà còn thẩm thấu vào phần rắn của vật liệu sấy, nước ở dạng liên kết này khótách hơn hai dạng tồn tại nói trên

Ẩm liên kết hóa học: tồn tại trong sự liên kết hóa học với thành phần hóa học,

ẩm này không thể tách được bằng phương pháp cơ lý, mà phải tách bằng phươngpháp hóa học

2.1.3.2 Các phương pháp tách ẩm

Tùy theo tính chất và độ ẩm, tùy theo yêu cầu và mức độ làm khô vật liệu màngười ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách sau: Phương pháp cơ học: dùng máy ép, máy lọc, máy li tâm, để tách sơ bộ mộtlượng nước ra khỏi vật liệu

Phương pháp hóa lý: dùng một hóa chất có tính hút nước cao để tách ẩm rakhỏi vật liệu như CaCl khan, H SO đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức₂ khan, H₂SO₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức ₂ khan, H₂SO₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức ₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phứctạp nên chủ yếu dùng để hút ẩm trong hỗn hợp khí để bảo quản máy và thiết bị Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được

sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống

2.1.4 Các phương pháp sấy

Sấy có thể là sấy tự nhiên hoặc sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời làm bay hơinước trong vật liệu Phương pháp này đơn giản, rẻ song không điều chỉnh đượcquá trình, vật liệu sau sấy độ ẩm không đạt yêu cầu, mất vệ sinh

Sấy nhân tạo khắc phục được các nhược điểm của sấy tự nhiên là nhiệt, gióđiều chỉnh được khi cấp cho thiết bị sấy nên sản phẩm sau sấy có chất lượng cao,thời gian sấy nhanh, năng suất cao hơn

Dựa vào cách tạo ra nguồn nhiệt và cách tiếp xúc giữa nguyên liệu sấy vàtác nhân sấy, ta có thể chia sấy nhân tạo thành các loại như sau:

Sấy tiếp xúc: là cách sấy mà nguyên liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặttruyền nhiệt

Sấy đối lưu: là sấy mà nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy làkhông khí nóng, khói lò

Sấy bức xạ: nhiệt lượng thu nhận được từ nguồn bức xạ như đèn hồng ngoại

có công suất lớn

Sấy bằng dòng điện cao tần: nguyên liệu sấy được đốt nóng khi đi giữa haicực của dòng điện một chiều cao tần có thế hiệu 4000 – 10000 V Nguyên liệusấy khô đều nhưng tốn năng lượng

sấy hạ - chân không Khi đó nước đóng băng sẽ thăng hoa, tách khỏi sản phẩmsấy

Sấy bơm nhiệt: không khí sấy (ẩm) được làm khô bằng cách cho qua môi

không khí khô được thổi qua khối nguyên liệu cần sấy, hút ẩm và làm khônguyên liệu

2.1.5 Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rấtphức tạp vì nó bao gồm cả khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồngthời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá trìnhchuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi rakhỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sư chênh lệch độ ẩm ở trong lòngvật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy

ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơinước trong môi trường không khí xung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trìnhđược quy định bởi giai đoạn nào chậm nhất Ngoài ra tùy vào phương pháp sấy

mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong vậtliệu sấy ra ngoài bề mặt vật liệu sấy

Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởngrất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số

cơ bản của quá trình sấy

2.1.6 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất cấp nhiệt cho vật để bay hơi ẩm, đồng thời tải

ẩm đó ra khỏi phòng sấy Các tác nhân sấy thường là các chất như: không khínóng, khói lò, hơi quá nhiệt

Nhiệm vụ của tác nhân sấy:

Gia nhiệt cho vật liệu sấy

Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường

Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy vào phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiềunhiệm vụ trên Ở đây ta sử dụng tác nhân sấy là không khí do sản phẩm sấy làbánh tráng và được dùng làm thực phẩm cho con người nên phải đảm bảo yêucầu vệ sinh

Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer khí – hơi Không khíđược gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổivào buồng sấy Trong không gian buồng sấy không khí khô được thực hiện traođổi nhiệt ẩm với vật liệu sấy là bánh tráng làm cho độ ẩm tương đối của khôngkhí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài Khôngkhí này sau đó được thải ra ngoài môi trường

2.1.7 Thời gian sấy

Thời gian sấy là đại lượng đặc trưng tổng hợp của quá trình sấy, nó có ýnghĩa đặc biệt quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành thiết bị sấy

Thời gian sấy phụ thuộc vào vật liệu sấy, chủng loại, hình dáng, kíchthước, độ ẩm ban đầu và độ ẩm sau sấy, các đặc trưng thiết bị, phương pháp sấy,chế độ sấy, cách bố trí vật liệu

Thông thường thời gian sấy được xác định theo ba phương pháp: giải tích,thực nghiêm và giải thích – thực nghiệm

Hiện nay người ta còn sự dụng một số phương pháp như phương phápLuikov, phương pháp G.K.Phylonhenko và một số công thức khác để xác địnhthời gian sấy

2.2 Tổng quan về thiết bị

2.2.1 Phân loại thiết bị sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểuthiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằngkhói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng các phương pháp đặc biệt như sấythăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần

Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suấtthường.

Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ

Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùngquay, sấy tầng sôi, sấy phun

Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy cùng chiều,ngược chiều và giao chiều

2.2.2 Nguyên lý thiết kế hệ thống sấy

Yêu cầu của thiết bị sấy là phải làm việc tốt, tiết kiệm nguyên vật liệu, nănglượng và dễ sử dụng

Khi thiết kế thiết bị sấy cần có những số liệu cần thiết: loại vật liệu cần sấy(rắn, nhão, lỏng, ), năng suất, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, nhiệt độ giới hạnlớn nhất, độ ẩm và tốc độ của tác nhân sấy, thời gian sấy

Trước hết phải chọn kiểu thiết bị phù hợp với tính chất của nguyên liệu vàđiều kiện sản xuất

Tính cân bằng vật liệu, xác định số liệu và kích thước thiết bị

Tính cân bằng nhiệt lượng để tính nhiệt tiêu thụ và lượng tác nhân sấy cầnthiết Đối với các thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển thì phải tính đến độ bền

Vẽ sơ đồ hệ thống với các số liệu đã tính được

2.2.3 Lựa chọn thiết bị sấy

Băng tải sấy là dạng thiết bị sấy đối lưu làm việc ở áp suất khí quyển vàdùng tác nhân là không khí nóng Đây là thiết bị được sử dụng rộng rãi nhấttrong công nghiệp

Ưu điểm là có thể sấy được nhiều loại vật liệu sấy khác nhau với năng suấtcao, giá thành rẻ, dễ dàng cơ giới hóa và đặc biệt là đơn giản để chế tạo, sử dụngvới nhiều loại tác nhân sấy khác nhau nên được sử dụng khắp nơi từ quy mô nhỏđến các nhà máy xí nghiệp lớn

Do sản phẩm sấy là bánh tráng và được dùng làm thực phẩm cho conngười nên cần phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh cùng với việc đảm bảo chất lượngsản phẩm , vì vậy em chọn sử dụng thiết bị băng tải sấy, tác nhân sấy là khôngkhí nóng ngược chiều với vật liệu sấy và không tuần hoàn khí thải

PHẦN B: TÍNH TOÁN CÔNG NGHÊ SẤY

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THÔNG BĂNG TẢI SẤY

Đề tài: Thiết kế thiết bị sấy băng tải để sấy bánh tráng với công suất 70kg/h

3.1 Chế độ sấy bánh tráng

Tác nhân sấy: không khí nóng

Thông số không khí ngoài trời: nhiệt độ t0=23 , độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ℃, độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ

ẩm trung bình năm tại Hà Nội -thông số tham khảo tại sổ tay hóa quá trình vàthiết bị CNHC tập 2)

Chọn chế độ sấy: Tác nhân sấy và vật liệu sấy đi ngược chiều nhau và khônghồi lưu khí thải

Nhiệt độ tác nhân sấy vào:t1=70℃, độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ

Nhiệt độ tác nhân sấy vào:t2=35℃, độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ

Năng suất:G2= 70kg/h

Sơ đồ tổng quát thiết bị: băng tải sấy

3.2 Tính toán

Năng suất sấy trong hệ thống băng tải sấy là sản lượng thành phẩm trong một

3.2.1 Năng suất đi vào trong 1h

G1=G2× 100−w2

100−w1=70×

100−12100−75=246.4 (

3.2.3 Tính toán quá trính sấy lý thuyết

Xác định độ chứa hơi d0 và entanpy I0 của không khí ngoài trời

*Xác định entanpy I0

I0 = C t + dₚₖt₀ + d ₀ + d 0(r+C t ) ₚₕt₀) ₀ + d (TR 146-TL[3]) = 1x23 + 0.0149x(2500+1.9x23)

= 61.82 (kJ/kg không khí khô)

Trong đó: Cₚₖt₀ + d≈1 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của không khí khô;

Cₚₕt₀) ≈1,9 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của hơi nước;

r≈2500 kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi của nước

Khối lượng riêng của không khí khô:

Xác định độ chứa hơi d2 và độ ẩm tương đối φ2 sau quá trình sấy lý thuyết

Ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2=35℃, độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ, trạng này xácđịnh bởi I2 = I1

Do d1=d0 nên ta có:

Nhiệt dung riêng dẫn xuất ứng với độ chứa hơi d1 là Cⅆxx(d1)

d2=d1 + Cⅆxx(d1)×(t1−t2)

2566.5 (TR TL[6])

(Rₖₕ+Rₕ d₂ khan, H₂SO₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức

1000)(273+t₂ khan, H₂SO₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức) =

99333

(287+462.0.0295

1000 ).(273+35) = 1.1237 kg/

m3

Ta chọn t2=¿35℃, độ ẩm 83% ( nhiệt độ và độ là phù hợp yêu cầu 80 % ≤ φ2≤ 90%

L = l0 × W = 68.49 × 176.4 = 12081.636 (kg không khí/h)

Lưu lượng thể tích không khí:

V0 = L ρ = ρ 2 × L ₁+ρ ₂ khan, H₂SO₄ đậm đặc, Phương pháp này đắt và phức = 2 ×12081.6361.009+1.1237 = 11329.9 (m3/h)

Lượng nhiệt tiêu tốn làm bay hơi 1kg ẩm bão hòa là:

q0 = l0× (I1–I0) = 68.49 × (112.03–61.82) = 3438.88 (kJ/kg ẩm)

Q0 = q0 × W = 3438.88 × 176.4 = 606618.4 (kJ/h) = 168.505(kW)

đốt khi thiết kế sơ bộ hệ thống sấy

3.2.4 Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống băng tải sấy

3.2.4.1 Xác định kích thước bộ phận vận chuyển

vuông cạnh 5mm cách nhau 7mm

Chọn các kích thước phên là:

Chiều rộng: B Phên = 550mm

Chiều cao: H Phên = 20mm

Độ dày của lớp nhôm làm phên: 1.5mm

Mỗi hàng chiều dài có 1000 lỗ

Bánh tráng được hình thành từ 2 cấu tử bột khô và nước

Khối lượng riêng của bánh tráng:

δ – Độ dày của lớp vật liệu, δ=0.5 mm =5 ×10−4 m

B BT chiều rộng của bang tải (m)

L BT chiều dài của băng tải (m)