Đồ án quá trình thiết bị TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY HẦM DÙNG ĐỂ SẤY CÁM TRỘN DỊCH CÁ CHO HEO VỚI NĂNG SUẤT 1000 KG ẨM H

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY HẦM DÙNG ĐỂ SẤY CÁM TRỘN DỊCH CÁ CHO HEO VỚI NĂNG SUẤT 1000 KG ẨM H Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong sản xuất thực phẩm. Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Ví dụ điển hình là cám, do ứng dụng rộng rãi của nó mà khối lượng được sử dụng là rất lớn, nhất là trong các ngành nông nghiệp chăn nuôi…nên việc chế biến và bảo quản rất quan trọng. Ở trạng thái đó sản phẩm được bảo quản lâu hơn, dễ đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ cho các ngành sản xuất khác. Và cách bảo quản phổ biến nhất hiện nay được sử dụng là sấy bằng các hệ thống sấy khác nhau. Đề tài: “Tính toán thiết kế máy sấy hầm để sấy cám trộn dịch cá cho heo với năng suất 1000 kg ẩmh” nhằm hiện thực hóa phương pháp trên

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN 5

1.Giới thiệu về vật liệu sấy 5

2 Tổng quan về phương pháp sấy 5

2.1 Bản chất của sấy 5

2.2 Phân loại 6

2.3 Thiết bị sấy hầm 6

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 7

3 Công nghệ sấy cám 8

3.1 Sơ đồ quy trình và thuyết minh quy trình sấy 8

3.1.1 Sơ đồ quy trình 8

3.1.2 Quy trình được thuyết minh 9

3.1.3 Phương pháp và chế độ sấy 9

CHƯƠNG II: CÁC SỐ LIỆU VÀ THÔNG SỐ BAN ĐẦU 11

1 Các thông số ban đầu 11

2 Tác nhân sấy 11

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 13

1 Tính toán cân bằng vật chất 13

2 Tính toán cân bằng năng lượng 13

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 15

1 Khay sấy 15

2 Xe gòong 15

3 Hầm sấy 16

4 Lớp phủ bì hầm 17

CHƯƠNG V: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ … 18

1 Caloripher 18

2.2 Tính lưu lượng thể tích tác nhân sấy 25

3 Tính và chọn động cơ kéo rời 26

4 Cyclone 26

KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong sản xuất thực phẩm Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ví dụ điển hình là cám, do ứng dụng rộng rãi của nó mà khối lượng được sử dụng là rất lớn, nhất là trong các ngành nông nghiệp chăn nuôi…nên việc chế biến và bảo quản rất quan trọng Ở trạng thái đó sản phẩm được bảo quản lâu hơn, dễ đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ cho các ngành sản xuất khác

Và cách bảo quản phổ biến nhất hiện nay được sử dụng là sấy bằng các hệ

thống sấy khác nhau Đề tài: “Tính toán thiết kế máy sấy hầm để sấy cám trộn dịch cá cho heo với năng suất 1000 kg ẩm/h” nhằm hiện thực hóa phương pháp trên !

Trong quá trình thực hiện đề tài, em rất chân thành cám ơn thầy Đào Thanh Khê giản viên Khoa Công Nghệ Hóa Học trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh Đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo góp ý củng như trao đổi với chúng em , giúp cho đề tài được hoàn thành tốt đẹp

Dù đã rất cố gắng nhưng đề tài vẫn không tránh khỏi sai sót mong thầy cô thông cảm Em xin cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Giới thiệu về vật liệu sấy (cám)

trộn từ nhiều nguồn nguyên liệu khác lại với nhau như: cám gạo, bắp, bột cá, dịch cá, đậu nành, đậu tương…

- Công dụng: cám đóng vai trò là chất dinh dưỡng chính cho heo, cung cấp một lượng lớn vitamin, khoáng, chất béo và protein chất dinh dưỡng cho heo, giúp heo nhanh lớn, tăng trưởng và phát triển

- Thành phần dinh dưỡng trong mỗi khẩu phần ăn của heo gồm: chất đạm (protein), chất bột đường (cung cấp năng lượng kalo), chất béo, chất xơ, muối khoáng và vitamin

Thực phẩm nhiều chất đạm như: bột cá, tôm, cua, đỗ, đậu tương, đậu nành,

lạc,… Heo giai đoạn từ cai sữa đến 30 kg cần khoảng 17-18% chất đạm, từ 30

kg -60 kg cần khoảng 15 -16 % và ngoài 60 kg cần khoảng 14 -15%

Thực phẩm giàu chất bột đường: Bột đường có nhiều trong cám gạo, khoai,

sắn, ngô,… cung cấp năng lượng cho heo và không thể thiếu trong khẩu phần

ăn

Thực phẩm giàu chất béo: Tỷ lệ chất béo trong cám nhuyễn: 10,27%, bột cá:

7,2%, bột thịt: 9,26%, bột bắp, tấm gạo chất béo đạt dưới 4% Lượng chất béo cho heo cần được kiểm soát vì nếu sử dụng chất béo quá nhiều sẽ khiến heo bị tiêu chảy, thịt mỡ hơn

Thực phẩm giàu chất xơ và muối khoáng: Chất xơ giúp heo tiêu hóa tốt, có

nhiều trong các loại rau xanh như rau muống, rau khoai lang, rau cải,…

Thực phẩm giàu vitamin: vitamin có nhiều trong các loại rau, củ, quả như

khoai lang, cà rốt, su hào, bắp cải,…

- Thị trường cám heo hiện nay chia thành 2 loại chính: cám ngoại và cám nội

2 Tổng quan về phương pháp sấy

2.1 Bản chất của sấy

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt

Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuếch tán bởi

sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường chung quanh Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian

2.2 Phân loại

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kieeur thiết

bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy như sau:

- Dựa vào tác nhân sấy:

Thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần

- Dưạ vào áp suất làm việc:

➢ Thiết bị sấy chân không

➢ Thiết bị sấy ở áp suất thường

- Dựa vào phương thức làm việc:

➢ Sấy liên tục

➢ Sấy gián đoạn

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy:

➢ Thiết bị sấy tiếp xúc

➢ Thiết bị sấy đối lưu

chiều, và giao chiều

➢ Ưu, nhược điểm:

Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản

- Sử dụng được các phương thức sấy khác nhau

- Dễ vệ sinh, dễ sửa chữa

Nhược điểm:

- Sấy không đồng đều giữa các lớp vật liệu

- Cường độ sấy thấp

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

- Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau

không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng

và mất giá trị cảm quan của sản phẩm

Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

- Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của không

khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm

- Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của

không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại Các nhà Bác học Liên Xô

cũ và các nước trên thế giới đã chứng minh là: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại

Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh được hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn là vừa sấy vừa ủ

Làm khô trong điều kiện tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của

không khí 50% đến 60% do nước ta có khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao

Do đó, một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh cho hơi nước ngưng tụ lại, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp Như vậy, để làm khô không khí người ta thường áp dụng phương pháp làm lạnh

- Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người

ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức chắc hay lỏng lẻo…

3 Công nghệ sấy cám

3.1 Sơ đồ quy trình

Hình 1: Sơ đồ quy trình công nghệ

Thiết bị: Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị chính và thiết bị phụ Trong đồ án này ta sử dụng các loại thiết bị như sau:

Thiết bị chính Thiết bị phụ

Quạt hút Tời kéo Cyclone

3.2 Quy trình sấy

- Nguyên liệu: bột cám được cho lên các khay, các khay lần lượt được xếp vào

xe goòng Các xe goòng được chuyển vào trong hầm sấy (vì có bộ phận tời kéo nên việc vận chuyển xe goòng vào hầm sẽ thuận tiện và dễ dàng hơn), đóng cửa hầm, tác nhân sấy được đưa vào hầm và quá trình sấy bắt đầu Sau mỗi 15 phút,

mở cửa vào và cửa ra của hầm sấy Dùng tời kéo xe goòng ra khỏi hầm đồng thời

đẩy một xe goòng mới vào hầm Tiếp tục tiến hành như vậy sau 8 giờ ta sấy xong với năng suất 1000 kg ẩm/h

- Tác nhân sấy: Không khí bên ngoài được đưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy Tại caloriphe không khí được đốt nóng lên đến nhiệt độ cần thiết (caloriphe dùng chất tải nhiệt là hơi nước) Sau đó không khí được dẫn vào hầm sấy Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy sao cho phù hợp với vật liệu đem sấy (phải nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vật liệu có thể chịu được) Trong hầm sấy, không khí nóng đi xuyên qua các lỗ lưới của khay đựng vật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờ nhiệt của dòng khí nóng trên Quạt hút được đặt cuối hầm sấy để hút tác nhân sấy ra khỏi hầm và đưa vào cylone lắng bụi sau đó thảy ra ngoài

-Yêu cầu:

Vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao

Sản phẩm thu được phải khô

Độ ẩm: không quá 12%

Phải sạch tạp chất, không lẫn với cát, đất, bụi bẩn…

Tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp

3.3 Phương pháp và chế độ sấy

- Lựa chọn phương pháp sấy: Trong mỗi phương pháp sấy sẽ có nhiều phương thức khác nhau Ở đồ án sấy này phương pháp sấy được sử dụng là cấp nhiệt theo cách đối lưu (tức là việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức), môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt

- Chọn chế độ sấy: liên tục

CHƯƠNG II CÁC SỐ LIỆU VÀ THÔNG SỐ BAN ĐẦU

1 Các thông số ban dầu

Độ ẩm sau khi sấy: 2 = 12 %

Năng suất sấy: L1 = 1000 (kg ẩm/ h)

Nhiệt độ sấy: 900C

2 Tác nhân sấy là không khí

- Trạng thái A: Trước khi vào Caloripher

Không khí tại Tp HCM có to = 30o

C có độ ẩm tương đối  =80%

- Trạng thái B: Trước khi vào hầm: chọn nhiệt độ sấy t =900C

- Trạng thái C: Sau khi ra khỏi hầm

Thời gian sấy: 8h

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CÂN BẰNG

, 0 1

12 , 0 32 , 0

0 2

0 2 0

d d

H H

1

d d

l

−

= (Trang 105 - [2])

05 , 54 1000 5 , 21 40

2 Tính cân bằng năng lượng

d0 = d1 = 21,5 (gam ẩm/ kg không khí khô)

d2 = 40 (gam ẩm/ kg không khí khô)

H1 = H2 = 35 (kcal/kg không khí khô)

1000 18 , 4

0 2

0 2 0

d d

H H

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Khối lượng thực tế 1m inox 304 nặng 0,7 kg

Tổng khối lượng khung khay là: 0,7.( 2.1 + 2.0,8) = 2,52 kg

Tổng khối lượng khay trên 1 xe = 20.2,52 = 50,4 (kg)

➢ Khối lượng khung xe:

- Cần 4 thanh đứng 1380mm; 4 thanh ngang 1030mm; 4 thanh dọc 830mm.Các thanh làm bằng inox 304, có kích thước 30 × 30 × 1,5𝑚𝑚

- Khối lượng thực tế 1m inox 304 nặng 0,7 kg

- Khung xe gòong nặng: 0,7.(4.1,38 + 4.1,03 + 4.0,83) = 9,072 kg

- Khối lượng bánh xe goòng: 12,08kg Khối lượng bánh xe goòng đường kính 50 nặng 2kg kèm 2 ổ bi, mỗi ổ nặng 0,5kg, 1 miếng cao su chịu va đập 0,02kg/miếng Vậy mỗi bánh nặng 3,02kg, mỗi xe có 4 bánh nên nặng 12,08kg

- Khối lượng 1 xe goòng chưa chở cám: 9,072 + 12,08 + 50,4 = 71,552 (kg)

- Khối lượng 1 xe goòng có chở cám: 71,552 + 214,4 = 285,952 (kg)

Chiều dài xe gòong:

2 +

với b1 = 40 mm là khoảng cách từ bên xe tới tường

* Chọn lớp vật liệu phủ bì trong hầm sấy là:

Dựa vào [5] trang 527 bảng 16 [5] ta lựa chọn vật liệu cách nhiệt là tấm nhựa ong vật liệu cách nhiệt thế hệ mới có 𝜆 = 0.045 𝑘𝑐𝑎𝑙

𝑚.ℎ.độ

Hình ảnh tấm nhựa ong

Vậy kích thước phủ bì:

- Xung quanh là inox trong cùng dày 1mm

- Trần hầm sấy gồm 3 lớp: 1 lớp trong cùng làm bằng inox, dày 1,2mm

(𝛿1=1,2mm), 1 lớp giữa là lớp bảo ôn, dày 4mm (𝛿2=4 mm), lớp ngoài cùng làm bằng inox, dày 0,5mm (𝛿3=0,5mm)

- Chọn nền của hầm sấy là bê tông dày 100mm (𝛿4=100mm)

CHƯƠNG V: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

1 Caloripher

- Nhiệt độ bão hòa của hơi nước là tbão hòa = 120℃

- Nhiệt độ chênh lệch trung bình

1 𝛼2

= 235,411(kW)

= 235411 (W)

Chọn hiệu suất của caloripher: 𝜂 = 0,6

Lượng nhiệt thực tế do caloripher cung cấp

𝑄𝑡ℎự𝑐 𝑡ế =𝑄𝑐

𝜂 =235411

0,6 = 392351,67 (W) Mà: 𝑄𝑡ℎự𝑐 𝑡ế = 𝐾 Δ𝑡 𝐹

Suy ra: 𝐹 = 𝑄𝑡ℎự𝑐 𝑡ế

𝐾.Δ𝑡

= 392351,6737,26.54,61= 192,82(𝑚

𝑛 = 𝐹

Chọn số ống trong mỗi hàng: i = 38 ống

Số hàng ống

𝑧 = 𝑛

𝑖 =965

38 = 25,39 chọn 26 hàng

Khoảng cách từ ống này đến ống kia: 0,01 (m)

Khoảng cách giữa ống ngoài cùng thành của caloripher: x = 0,265 (m)

- Quạt là thiết bị vận chuyển tác nhân sấy trong hệ thống sấy Để chọn quạt có

số hiệu bao nhiêu cần phải xác định được:

- Trở lực mà quạt phải khắc phục

- Năng suất của quạt Q

A, B, C là trạng thái của không khí vào caloripher, khi vào hầm sấy và khi đi

ra khỏi hầm sấy

𝜌𝐴, 𝜌𝐵, 𝜌𝐶 là khối lượng riêng của không khí ứng với các trạng thái trên

𝜐𝐴, 𝜐𝐵, 𝜐𝐶là độ nhớt động học của không khí ứng với các trạng thái trên

𝑄𝐴, 𝑄𝐵, 𝑄𝐶là năng suất quạt của quạt ứng với các trạng thái trên của không khí

Năng suất quạt tính theo công thức sau:

∆𝑃𝑠: trở lực qua thiết bị sấy

∆𝑃𝑥: trở lực qua thiết bị lọc bụi

𝐹𝑐 = 𝐻𝑐 𝐵𝑐 = 1,7.1,536 = 2,6112 (𝑚2) Suy ra: 𝜉1 = (1 − 𝑓

➢ Trở lực qua thiết bị lọc bụi (∆𝑃𝑥)

2.2 Tính lưu lượng thể tích tác nhân sấy

- Công suất nhiệt và lượng hơi cần thiết

Thể tích vật liệu sấy khi ra khỏi hầm sấy: 𝑡3 = 45℃

- Vậy năng suất quạt cần đáp ứng là: 𝜈 = 12698,52 (m3/h)

- Theo đồ thị II.67 – 496 – [1], chọn quạt li tâm để quạt bụi ∐ ∏ 7 −40𝑁°8, ta có:

3 Tính và chọn động cơ kéo rời

- Trọng lượng của 1 xe gòong có cám: 285,952.10 = 2860 (N)

- Trọng lượng của 38 xe gòong:

- Công suất của động cơ:

Với: hiệu suất động cơ: 𝜂độ𝑛𝑔 𝑐ơ = 0,85

𝜌45℃ = 540 Δ𝑃 = 540.1,1105 = 599,67 (N/m2)

- Tốc độ quy ước:

𝜔𝑞 = 2,2 ÷ 2,5 (m/s) (III.49 – 522 – [1])

Chọn 𝜔𝑞 = 2,5 (m/s)

= √0,785.2,5.360011055,546

= 1,25 (m)

Với D = 1,25 (m), ta chọn cyclone loại II H-24

Chiều cao cửa vào (kích thước bên trong): a = 1,11.D = 1,3875

Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 2,11.D = 2,6375

Chiều cao phần hình trụ: h2 = 2,11.D = 2,6375

Chiều cao phần hình nón: h3 = 1,75.D = 2,1875

Chiều cao phần bên ngoài tâm: h4 = 0,4.D = 0,5

Chiều cao chung: H = 4,26.D = 5,325

Đường kính ngoài của ống ra: d1 = 0,6.D = 0,75

Đường kính trong của cửa tháo bụi: d2 = 0,4.D = 0,5

Chiều rộng của cưa vào: 𝑏1

0,2 = 1,625 Chiều dài của cửa vào: l = 0,6.D = 0,75

Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến mặt bích: h5 = 0,32.D = 0,4

Góc nghiêng giữa nắp và ống vào: 𝛼 = 24°

Đường kính trong trong của cyclone: D = 400 ÷ 1000 = 0,8.D = 1

Hệ số trở lực của cyclone: 𝜉 = 60