(Tiểu luận) đề tài tính toán thiết kế máy sấy khí thổi dùng để sấy bột mì năng suất 190kgmẻ

1.Giới thiệu nguyên liệu sấy  Tinh bột khoai mì không có mùi nên nó rất thuận tiện sử dụng chúng cùng với cá thành phần có mùi trong thực phẩm  Tinh bột khoai mì trong nước sau khi đượ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY KHÍ THỔI DÙNG ĐỂ SẤY BỘT MÌ NĂNG SUẤT

190KG/MẺ

GVHD: Phan Thế Duy SVTH: Ngô Nhật Anh -2005201136 Nguyễn Thuỳ Dương-2005201227

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2023

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2023

V.TÍNH TOÁN SƠ BỘ GIÁ THÀNH CHI TIẾT VÀ THIẾT BỊ 30 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

I.TỔNG QUAN

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 việc nảo quản, vận chuyển, chế biến, dồng thời năng cao chất lượng sản phẩm.

1.Giới thiệu nguyên liệu sấy

 Tinh bột khoai mì không có mùi nên nó rất thuận tiện sử dụng chúng cùng với

cá thành phần có mùi trong thực phẩm

 Tinh bột khoai mì trong nước sau khi được gia nhiệt tạo thành sản phẩm có dạng paste trong suốt nên rất thuận tiện sử dụng chúng cới các tác nhân tạo màu khác

 Tỉ lệ amylopectin: amylo trong tinh bột khoai mì cao(80:20) nên gel tinh bột có

độ nhớt, độ dính cao, khả năng gel bị toái hoá thấp

*Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột Hàm lượng tinh bột trong củ khoai mì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: diều kiện khí hậu, giống, thời gian thu hoạch, bảo quản.

Nếu thu hoạch trễ, hàm lượng tinh bột cũng không cao vì phần tinh bột bị thuỷ phân thành đường để cung cấp chất dinh dưỡng cho mầm phát triển khoai mì càng già thì càng khó chế biến vì những nguyên nhân trên, khi thu hoạch khoai mì để sản xuất tinh bột, ta cần phải thu hoạch đúng thời hạn để hàm lượng tinh bột cao nhất.

*Tiêu chuẩn bột khoai mì ăn được Tiêu chuẩn của FAO:TC:176-1989( được chỉnh sửa vào 1/1995) Tiêu chuẩn chung: tinh bột khoai mì ăn được phải

 An toàn và phù hợp cho người sử dụng

 Không có mùi vị khác thường, không sinh vật gây hại

 Không bị nhiễm bẩn Tiêu chuẩn cụ thể:

 Bánh keọ: được ứng trong sản xuất cá chất tạo ngọt hoặc làm tác nhân kết dính cho sản phẩm

 Biscuit: sử dụng tinh bột trong sản xuất bánh biscuit ngọt, không ngọt, cream sandwich với hàm lượng khoảng 5-10% để giúp bnahs mềm và không dính

 Bánh mì: trong sản xuất bánh mì, dùng tinh bột nhơ một số chất cho nấm men

sử dụng cho quá trình lên men, tham gia vào phản ứng tạo màu nâu đặc trưng của sản phẩm khi nướng,

2)Phương pháp thực hiện quá trình sấy:

*Khái niệm:

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt ẩm cho bay hơi ẩm thường là hơi nước, vật liệu bao gồm cả rắn, chất lỏng

Sấy được dùng khi:

 Tăng độ bền của vật liệu

 Tăng khả năng bảo quản

 Giảm công chuyên chở

 Tăng giá trị cảm quan của vật liệu Quá trình tách ẩm là quá trình khuyeches tán hơi nước từ bề mặt vật liệu vào tác nhân sấy mà động lực quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng bề mặt vật liệu và tác nhân

Quá trình sấy diễn ra theo 3 giai đoạn:

 Giai đoạn đốt nóng

 Giai đoạn sấy tăng tốc

 Giai đoạn sấy giảm tốc

 Quá trình sấy tinh bột nhằm mục đích tách một lượng nước ra khỏi tinh bột ướt vừa được tinh sạch, đưa tinh bột ước về tinh bột khô ở trạng thái đó, tinh bột bảo quản ở thời gian lâu hơn, dễ dàng đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ nhiều nghành sản xuất khác.

*Những biến đổi tinh bột trong quá trình sấy a) Biến đổi vật lí:

Trong quá trình sấy diễn ra sự bốc hơi nước ra khỏi tinh bột dẫn đến một số biens đổi vật lí sau:

 Khối lượng của khối tinh bột giảm xuống

 Sự thay đổi hình dạng của tinh bột do các hạt tinh bột co lại

 Các hạt tinh bột tách rời nhau, khối tinh bột chuyển từ trạng thái bột nhão sang trạng thái các hạt khô

Ngoài ra, màu sắc của sản phẩm tinh bột còn khả năng về độ trắng

và độ sáng mà nguyên nhân là do sự thay đổi về khả năng hấp thụ

và phản xạ ánh sáng của vật kiệu dưới tác dụng của nhiệt độ cao b) Biến đổi hóa học

Những biến đổi hóa học trong quá trình sấy tinh bột diễn ra không đáng kể trừ một số tinh bột ở nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ xảy

ra một số phản ứng làm biến đổi màu hạt tinh bột Độ ẩm của khối tinh bột giảm đáng kể sau quá trình sấy

c) Biến đổi hóa lí:

Những biến đổi hóa lí diễn ra trong quá trình sấy tinh bột:

 Có hiện tượng bốc hơi của ẩm ra khỏi khối tinh bột

 Việc bốc hoiwaamr từ bề mặt tạo ra sự chênh lệch ẩm giữa lớp

bề mặt và các lớp bên trong vật liệu, kết quả có sự phân tán

ẩm từ các lớp bên trong ra bề mặt của vật liệu.

d) Biến đổi hóa sinh:

Không đáng kể e) Biến đổi sinh học:

Chủ yêu diễn ra trong quá trình sấy tinh bột là sự ức chế và tiêu diệt các vi sinh mặt trên bề mặt vật liệu

*Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy tinh bột:

Quá trình sấy tinh bột chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:

 Độ ẩm ban đầu của khối vật liệu: độ ẩm ban đầu của vật liệu càng cao thời gian sấy vật liệu càng lâu

 Tính chất của tác nhân sấy như: độ ẩm, nhiệt độ, tốc độ của chuyển động dòng tác nhân sấy trong quá trình sấy

 Thời gian sấy

 Phương pháp sấy

 Chế độ sấy: chế độ công nghệ sấy tinh bột phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa Nhiệt độ sấy của sản phẩm luôn phải nhỏ hơn nhiệt độ hồ hóa ở giai đoạn đầu Nếu ở giai đoạn đầukhi độ

ẩm còn cao, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy ở nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của tinh bột sẽ bị hồ hóa tạo thành lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong vật liệu ra ngoài Nhiệt

độ hồ hóa của tinh bột có độ ẩm 70% trở lên dao động khoảng 55-60 C o

*Phương pháp sấy tinh bột Một số phương pháp sấy:

 Các thiết bị sấy đối lưu

o Thiết bị sấy buồng: thiết bị làm việc theo chu kì Vật liệu đưa vào buồng sấy từng mẻ, độ ẩm và nhiệt độ thay đổi theo thời gian sấ Chế độ nhiệt là không ổn định

o Thiết bị sấy hầm: làm việc liên tục Vật liệu được chất trên khay để trên xe gòng hoặc để trên băng tảo và được đưa ở một đầu hầm và lấy ra ở đầu kia.

o Thiết bị sấy băng tải: dùng băng chuyền để vận chuyển vật liệu Vật liệu trong thiết bị trôn nát ít, cần sự tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy đồng đều.

o Thiết bị sấy thùng quay: thiết bị có thể làm việc ở áp suất khí quyển hay chân không có thể tăng cường khả năng trao đổi nhiệt trong quá trình sấy bằng cách thay đổi vị trí liên tục của vật liệu và phân bố trong dòng chảy của tác nhân

o Thiết bị sấy tháp: chuyên dùng để sấy các loại nông sản dạng hạt trong tháp, vật liệu di chuyển bằng thế năng Nhập kiệu đỉnh tháp tháo ở đáy tháp

o Thiết bị sấy phun: phun vật liệu( chất lỏng) thành hạt nhỏ

và rơi trong buồng sấy Tác nhân sấy được thổi và chuyển động cùng chiều với vật liệu và sấy khô vật liệu Dùng để sấy các dung dịch thành bột như sửa, xà phòng

o Thiết bị sấy tầng sôi: vật liệu sấy ở thế sôi, trao đỏi ẩm với các dòng tác nhân

o Thiết bị sấy khí thổi: thường dùng để sấy các loại hạt nhẹ

có độ ẩm chủ yếu là ẩm bề mặt Hệ thống sấy này thường làm phương tiện vận chuyển từ chổ này đến khác theo yêu cầu chế biến Vì hạt vật liệu chuyển động quay nên tiêu tốn một phần năng lượng, làm kết quả của chuyển động tịnh tiến bị chậm lại

 Các hạt vật liệu bị lôi cuốn theo dòng tác nhân, vì vậy sự trao đổi nhiệt, trao đổi ẩm giữa tác nhân và vật liêu rất mãnh liệt

 Tốc độ khí rất lớn, tùy thuộc vào kích cỡ và khối lượng riêng của vật liệu

 Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ, kích cỡ không quá 8-10mm

 Thời gian sấy ngắn, hầu như quá trình xảy ra tức thời.

Ưu điểm: thiết bị có kết cấu đơn giả, gọn, vốn đầu tư ít, sấy vật liệu khô đều, năng suất cao.

Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng chỉ dùng để tách bề mặt và dùng

để sấy các vật liệu có trở lực ẩm bé

 Chọn thiết bị sấy:

Tinh bột ở dạng bột mịn và chủ yếu là ẩm bề mặt phù hợp sử dụng thiết bị sấy khí thổi để sấy.

 Chọn lựa tác nhân sấy:

Tác nhân sấy thông thường có thể chọn không khí hoặc khói lò Và đây là tinh bột dùng làm thức ăn nên cần độ sạch nhất định do đó phải dùng tác nhân sấy không khí sạch.

 Chọn chế độ sấy:

Khi sấy ngược chiều, vật liệu ra sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt

độ cao dễ gây biến tính sản phẩm Do đó sấy ngược chiều sẽ thích hợp cho vật liệu sấy có thể chịu được nhiệt độ cao Tinh bột dễ bị hồ

hóa sẽ làm cho màu của tinh bột không trắng nên chọn sấy cùng chiều.

3)Quy trình công nghệ Không khí sạch có nhiệt độ khoảng 25 C được quạt đẩy hút thổi vào o calorife Tại đây không khí thực hiện trao đổi nhiệt với hơi nước bão hòa làm tăng nhiệt độ lên đến 100 C Sau đó không khí được đưa o đến vào nhập liệu.

Tinh bột sau khi đuoẹc tinh sạch có độ ẩm khoảng 45%, ở dạng bột nhão được hệ thống vận chuyển băng tải đến vít tải nhập liệu, vào ống nhập liệu Dùng vít tải liên tục không liên tục, ở đoạn đầu dùng cánh xoắn có dạng lá có tác dụng đánh tới bột nhão vật liệu hòa trộn với không khí sạch đã được calorifer gia nhiệt tại đoạn nhập liệu Dòng khí thổi sẽ thổi vật liệu đã đánh tơi đi vào ống sấy đi từ dưới lên thực hiên quá trình sấy vật liệu có kích thước lớn sẽ bị rới xuống

đoạn rơi.

Vật liệu được dòng khí nóng vận chuyển sẽ thực hiện quá trình truyền nhiệt, truyền khối với không khí và tách ẩm Đi hết chiều dài sấy, vật liệu đã được đạt độ ẩm theo yêu cầu là 13% Thời gian vật liệu đi hết chiều dài ống sấy

Sản phẩm được đưa vào hệ thống cyclon Tinh bột thành phẩm được tách khỏi dòng khí rơi xuống đáy cyclon và vào bộ phận chứa sản phẩm Sau đó đươc làm nguội để tránh hút ẩm trở lại rồi rơi dược bằng tải dạng vít xoắn vận chuyển đến hệ thống bao gói.

Còn chất thải từ cyclon đucơh quạt thổi ra ngoài.

II.CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG

 Đường kính trung bình của khối hạt: d tb =15-25µm

 Khối lượng riêng: = 1440-1460 (kg/m ) ứng với độ ẩm W 3

 Khối lượng riêng không khí:P k (kg/m ) 3

 Nhiệt độ môi trường: t o =25 o C,  o =85%

 Nhiệt độ không khí vào thiết bị sấy: t 1 =100 C o

 Tra đồ thị ta có: t ư =37 o C, P = 0,0623 (bar)= 45,8 mmHg

tư  Nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị sấy t : t + ( 5-10) = t + 8= 2 ư ư

45 C o Tra thông số (P , d, I, ) theo đồ thị I-d hay tính theo các công thức b  sau:

P b = d= 0,621 T=1,004.t+d.(2500+1,842.t)

exp(2-=

Cân bằng vật chất Năng suất theo sản phẩm:

G 2 =G 1 Lượng ẩm cần tách:

W=G -G2=190-166,5=23,5 1 Sâý lý thuyết:

Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1 kg ẩm 1=1(kghkk/kg ẩm bay hơi)

Tổng lượng không khí khô L=w.l= 23,5.45,32=1065,02( kg/h) 2)Cân bằng năng lượng

Năng lượng cần thiếy để bay hơi 1 kg ẩm( lượng nhiệt tiêu hao riêng)

q 0=

 Q mang vào:

Dòng không khí: L 0 I 0 Vật liệu: G C + vl1 vl1

Tổng năng lượng cần thiết cho quá trình sấy:

Chia hai vế cho W ta có:

=>Suy ra:

với =(

Ta có:

Nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi thiết bị sâý:

Tổn thất do vật liệu mang đi:

(kJ, kg ẩm bay hơi) Tổn thất nhiệt do mất mát ra môi trường xung quanh:

( kJ/ kg ẩm bay hơi) Lượng nhiệt do một phần ẩm trong vật liệu bay vào:

(kJ/ kg ẩm bay hơi) Suy ra tổn thất nhiệt:

(kJ/ kg ẩm bay hơi)

 Quá trình sấy thực:

( kJ/kgkk) )=0,09495( bar) (bar)=41(mmHg) Vậy lượng không khí khô cần thiết thực tế để làm bốc hơi 1kg ẩm( lượng tiêu hao riêng):

(kg kk/ kg ẩm bay hơi) Lượng không khí thực tế (kg/h)

Nhiệt độ trung bình của quá trình sấy:

Thời gian sấy tổng cộng:

chọn chiều dài ống sấy: L s =9m

*)Chiều dài đoạn nhập liệu:

V max =w lắng khi hạt ở trạng thái bang đầu

P v =1284,5 kg/m 3 d= 4 mm=4.10 m -3

D nl : đường kính đoạn nhập liệu

: góc vào của tác nhân chọn = 90 C  o Tính v : max

Ta thấy: Ar>84000 b=

Suy ra:

Ta thấy: Re >500 =0,44 Vậy công thức tính vận tốc lắng:

(m/s)

 Vận tốc khí:(m/s) Đường kính đoạn nhập liệu:

(m) Chiều dài đoạn nhập liệu:

suy ra: A=D=194 mm C=D b =144 mm

Bulong: M 20 d b =20 mm

Số bulong: z=32 h= 25 mm tổng bích: n =23 cái bích Tổng số bulong: n bulon =736 cái

b Chọn bích cho đoạn nhập liệu:

Chọn bích liền không cổ dựa vào đường kính D =50 mm nl A=D=180 mm

C=D= 130 mm Bulong: M 20 d b =20 mm

Số bulong: z=24 h=20 mm Tổng số bích: n =2 cái bích Tổng số bulong: n =48 cái

*Tính cách nhiệt cho ống sấy:

Mật độ dòng nhiệt q truyền qua mọt đơn vị bề mặt(S) truyền nhiệt: Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: C o

o C Thân ống làm bằng thép CT có hệ số dẫn nhiệt =46,5 (w/mk) 3  Phía trong ống là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức nên hệ số trao đổi nhiệt giữa các tác nhân sấy với bề mặt của thùng sấy:

(w/m kk) 2 Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt ống với không khí xung quanh là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên:

Mật độ dòng nhiệt phải thoả mãn:

q 1 =q =q 2 3 Với:

 Nếu q 1 =q 3 xem giá trị chọn thoả

 o C

Do nhiệt độ ngoài tw 2 =66,08 o C khá lớn nên ta cách nhiệt cho ống sấy bằng lớp bông thuỷ tinh dày = 8 mm, hệ số dẫn nhiệt  2  2 =0,05 (w/mK)

Suy ra:

IV.TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT PHỤ

*Tính cyclon Chọn cyclon tổ hợp do:

 Thu sản phẩm có khối lượng khá lớn

Đường kính cyclon:

; (m/s) Với = 105 

w =3,52 (m/s) q

v 1 = (m 3 /s)

D=0,014(m) chọn D=15(mm) Bunke chứa bụi:

 Thể tích làm việc đối với nhón 6 Cyclon: V bunke =7m 3

 Góc nghiêng của thành bunke: chọn 60 o Dùng loại cylon có kích thước sau:

D=750 mm

 Chiều cao cửa vào: a=0,66.D=495 mm

 Chiều cao ống tâm có mặt bích h =1,74.D=1305 mm 1

 Chiều cao phần hình trụ h 2 =2,26.D=1695mm

 Chiều cao hình nón h =2.D=1500 mm 3

 Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h 4 =0,3.D=225mm

 Chiều cao chung H=4,56.D=3240 mm

 Đường kính ống ra d =0,6.D=450 mm 1

 Đường kínhtrong của cửa tháo bụi d 2 =0,4.D=300mm

 Chiều rộng cửa vào L=0,6.D=450 mm

 Khoảng cách từ tận cùng cyclon => mặt bích

h 5 =0,3.D=225mm

 Góc nghiêng của nắp ấm và cửa vào =15 o

 Hệ số trở lực = 105 Trở lực cyclon:

N/m 2 =67,9 mmH O 2

*Tính toán calorifer Calorifer là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy trong kĩ thuật thường dùng hai loại calorifer là khí hơi

và khí-khói ở đây chọn calorifer khí hơi, loại thiết bị truyền nhiệt bằng ống chùm Trong ống là hơi nước bão hoà ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối kuuw giữa mặt ngoài của ống không khí, do đó bên ngoài ống phía không khí được làm cánh để tăng cường truyền nhiệt vậy calorifer sử dụng loại ống chùm với ống có cánh Calorỉe được bố trí nằm ngang

 Các thông số của tác nhân qua calorifer Tác nhân sấy Không khí Nhiệt độ t 2đ =t 0 25 C 0

Nhiệt độ ra:

t 2c =t 1

100 o C Hơi đốt Hơi nước bão

hoà ngưng tụ ấp suất: P Nhiệt độ ngưng 2atm

o C

 Chọn 1 số kích thước calorifer để sử dụng trong tính toán:

Ống cánh

chuẩn Đường

kính ngoài

theo tiêu chuẩn

Bề dày ống

Đường kính trong

Bước ống ngang dòng lưu chất

theo tiêu chuẩn đối với chùm ống có cánh Bước ống

dọc dòng lưu chất

hợp xếp ống sole Chiều dài

Khoảng các giữa

2 cánh

cánh Đường

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống cánh

*)Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống Các thông số của không khí ngoài ống Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trường t 2đ =t =25 0 o C sau khi qua calorifer sẽ được gia nhiệt lên t 2c =t =100 1 o C để đi vào thùng sấy

 Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn

công thức Giá trị

trung bình

trung bình

: diện tích phần cánh của một ống : diện tích phần không cánh của 1 ống : diện tích ngoài của 1 ống có ánh ( phía không khí) : diện tích trong của 1 ống có cánh ( phía hơi nước ngưng tụ) Bước cánh:

(m)

Số cánh trên 1 ống:

( cánh)

 Làm tròn Diện tích phần không làm cánh của 1 ống (m ) 2

Diện tích phần cánh của 1 ống:

(m ) 2 Đường kính tương đương của ống:

(m) Lưu lượng khí vào calorifer:

(m 3 /h)= 0,266(m 3 /s) Trong đó:

V 0 : thể tích riêng của không khí tại 25 C, m 0 3 /kg L: lưu lượng của tác nhân khô, kg/h

Chọn đường kính của ống dẫn khí trong hệ thống là 0,8 m Vận tốc dòng khí đi trong đường ống

(m/s) Chọn đường kính cửa vào của calorifer là 0,8 m (m/s)

Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer:

(m/s) Chuẩn số reynolds:

Với ống xếp so le, chuẩn số Nulssest:

(m)