Tính toán và thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TBCNHH

KHOA:HOÁ KỸ THUẬT TRƯỜNG ĐẠI HOC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

 



GVHD:PHẠM ĐÌNH HÒA

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

I-GIỚI THIỆU VỀ ĐỐI TƯỢNG SẤY

Công nghệ chế biến thực phẩm là một ngành rộng lớn và bao gồm nhiều quá trình khác nhau, mổi quá trình đóng một vai trò riêng, một trong số đó có quá trìnhsấy Đây là quá trình quan trọng trong chế biến và bảo quản thực phẩm

Sấy : Đó là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi Sấy là một quá trình truyền chất mà động lực chính của nó chính là sự chênh lệch độ ẩm trong vật liệu Mục đích chính của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu làm giảm công chuyên chở, tăng độ bền và kéo dài được thời gian bảo quản

Sấy chia làm hai loại

 Sấy tự nhiên:Là dùng năng lượng mặt trời để làm bay hơi nước trong vật liệu Sấy tự nhiên có ưu điểm là đơn giản ít tốn kém nhưng ta không điều chỉnh được quá trình sấy và vật liệu sau khi sấy vẫn còn một lượng ẩm khá cao

 Sấy nhân tạo: Là quá trình sấy mà ta phải cung cấp nhiệt trong quá trình sấycho vật liệu ẩm, phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt đối lưu,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trương

Sấy thực phẩm làm cho độ ẩm của thực phẩm thấp, bề mặt ngoài hẹp, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hoặc có thể tiêu diệt một số vi sinh vât trong quá trình sấy,đảm bảo chât lượng và vệ sinh cho thực phẩm

Nước ta, một nước nhiệt đới với rất nhiều cây nông sản, trong số đó có cây chè.Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis là loại cây mà lá và chồi của nó được dùng để sản xuất chè Nó có nguồn gốc Đông Nam Á nhưng ngày nay nó đã phổ biến khắp thế giới Chè là cây công nghiệp lâu năm, thích hợp nhất với không khí ở vùng núi trung du.Cây chè chịu được các điều kiện khắc nghiệt về thời tiết

và thổ nhưõng các vùng đất cao, ở nước ta cây Chè chủ yếu được trồng ở các tỉnh trung du phía Bắc như Phú Thọ ,Thái Nguyên và các tỉnh ở tây nguyên như Lâm Đồng , Gia Lai…Chè không những là một thức uống thông thường mà còn có rất nhiều công dụng khác cho ngành dược phẩm.Mặt khác cac phế liệu của chè dùng

để sản xuất cafein.Các chất màu dung cho ngành dược và dược phẩm vì thế chè xứng đáng có giá trị về mặt thực phẩm,dược phẩm và cn xuất khẩu

Việt Nam là một trong những nước trồng được chè,tuy sản lượng chè chưa cao, phát triển chè được đặc biệt chú ý.Chúng ta mỡ thêm nhiều nông trường trồng chè

và xây dựng nhiều vùng chuyên canh chè lớn ở Vĩnh Phú,Nghĩa Lộ,Hà Tiên… Bốn vùng trồng chè lớn ở Việt Năm:

-Vùng thượng du với chè tuyết,gióng cây chè mọc trung bình nhưng năng xuất cao,phẩm chất chè tôt

-Vùng trung du với gióng chè giống to chịu được hạn và các loại sâu bệnh,năng xuất cũng cao và phẩm chất tương đối tốt

-Vùng đồng đồng bằng bắc bộ,chuyên sản xuất chè uông tươi

-Vùng Tây Nguyên.

II/CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY VÀ THIÊT BỊ SẤY.

Có nhiều phương án sấy chè, mỗi phương án sấy đều có những ưu và nhược điểm riêng của nó.Thiết bị sấy có nhiều loại khác nhau nó phụ thuộc vào tác nhân sấy,không khí nóng hoặc khói lò,phụ thuộc vào phương thức làm việc,cách cung cấp nhiệt,chiều chuyển động của tác nhân sấy so với chiều chuyển động của vật liệu đi vào và một phần phụ thuộc vào vật liệu đun sấy.Có hai loại sấy:

-Sấy gián đoạn:Có năng xuất thấp cồng kềnh,thao tác nặng nhọc không có bộ phậnvận chuyển,nhiều khi không đảm bảo chất lượng sản phẩm.Thiết bị sấy gián đoạn thường được sử dụng khi năng xuất nhỏ,sấy các loại sản phẩm có hình dạng khác nhau

-Sấy liên tục:Cho chất lượng tốt hơn,thao tác nhẹ nhàng hơn

Muốn sấy chè ở dạng toei xốp,kích thước đồng đèu có thể chịu được nhiệt đọ sấy t1=110oC và đọ ẩm cuối W=4%đặc biệt là cho năng suất cao thì ta dùng thiết bị sấy băng tải làm việc liên tục có tuần hoàn khí thải Máy sấy băng tải với tác nhân sấy là không khí nóng

III/CẤU TẠO THIẾT BỊ SẤY BĂNG TẢI.

Thiết bị sấy gồm có một hình chử nhật trong đó có hai băng tải và chuyển động nhờ các tang quay,các băng này tựa trên các con lăn đẻ vỏng xuống Băng tải làm bằng lưới kim loại dày và hai đầu hơi cong để đảm bảo chè không rơi xuống băng phía dưới và rơi ra ngoài khỏi băng Không khí được đốt trong caloripher 5.Vật liệu sấy chứa trong phiểu tiếp liệu bị cuốn giửa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được khuấy trộn do đó thiết bị có nhiều băng tải được dùng rộng rải hơn ở loại này vật liệu từ băng tải trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng tải dưới chuyển động theo hướng ngược lại khi đến băng tải cuối thì vật liệu khô được đổ vào băngtháo

Không khí nống đi ngược với chiều chuyển động của băng tải hoặc đi từ dưới lên trên xuyên qua lớp vật liệu.Dể quá trình sấy được tốt người ta cho không khí chuyển động với vận tốc lớn, khoảng 3m/s còn băng tải thì chuyển động với vận tốc 0.3-0.6 m/phút

CHƯƠNG 2 PHẦN 2 : SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ & THUYẾT MINH

2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA QUÂ TRÌNH

Với câc thiết bị vă phương thức sấy như đê chọn, ta có sơ đồ công nghệ của quâtrình sấy chỉ như sau :

Khí thải

Hỗn hợp khí sau khi sấy

Vật liệu văo Hơi nước Khí tuần hoăn

2.2 THUYẾT MINH LƯU TRÌNH

Do yíu cầu về độ khô của chỉ nín dùng tâc nhđn sấy lă hỗn hợp không khínóng

Không khí ban đầu được đưa văo calorife, ở đđy không khí nhận nhiệt giântiếp từ hơi nước bêo hoă qua thănh ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống,không khí đi ngoăi ống Tại calorife, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiếtkhông khí nóng đi văo phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chỉ) cấp nhiệt cho hơinước trong chỉ bốc hơi ra ngoăi

Trong quâ trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nín có mộtphần chỉ sẽ bị kĩo theo không khí ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải vă chỉngười ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi rakhỏi phòng sấy đi văo cyclon để tâch chỉ cuốn theo vă lăm sạch Sau đó một phầnkhí thải được quạt hút ra đường ống dẫn khí để thải ra ngoăi không khí Một phầnkhí cho tuần hoăn trở lại trộn lẫn với không khí mới tạo thănh hỗn hợp khí đượcquạt đẩy đẩy văo calorife Hỗn hợp khí năy được nđng nhiệt độ đến nhiệt độ cầnthiết rồi văo phòng sấy tiếp tục thực hiện quâ trình sấy Quâ trình sấy lại được tiếptục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa văo phòng sấy đi qua câc băngtải nhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trín băng tải ngượcchiều với ciều chuyển động của không khí nóng vă nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợpkhông khí nóng thực hiện quâ trình tâch ẩm

Vật liệu khô sau khi sấy được cho văo mâng vă được lấy ra ngoăi

III/CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÈ ĐEN

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

-Năng suất tính theo sản phẩm : G = 200(kg/h)

-Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 62%

-Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 4.8%

-Nhiệt độ sấy cho phép : t1 = 106oC suy ra p1bh = 1.2778(at)

-Nhiệt độ ra của tác nhân sấy : t2 = 72oC suy ra p2bh = 0.3478(at)

-Chất tải nhiệt : Hơi nước bão hòa

-Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy ta chọn nhiệt độ là

obh oP P

Ckkk =103 j/kg độ

to : nhiệt độ của không kh í to= 26oC

ih : nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ to ; (j/Kg)

ih = ro+ Ch *to = (2493+1.97to)103 ( j/Kg) {sách QTTB trang 156 }Trong đó: ro = 2493*103

:nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0oC

Ch = 1.97*103: nhiệt dung riêng của hơi nước ; ( j/Kg.độ)

1 1

I2  * 2

=

2 0

2

*

*

t C r

t C I

* 97 1 10

* 2493

72

* 10 05 149121

3 3

3





=0.02926 (Kg/Kgkkk)  

bh

p x

p x

2 2

2

622.0

*





CÂN BẰNG VẬT LIỆU

I-CÂN BẰNG VẬT LIỆU CHO VẬT LIỆU SẤY

Đặt một số ký hiệu:

G1,G2 : Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (Kg/s)

Gk : Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/s)

W1, W2 : Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt

W : Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (Kg/s)

L : Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/s)

xo : Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk)

x1,x2 : Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)

Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu,lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong sút quá trình sấy.Vậy lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy là:

Vậy Gk = 200 *

100

8 4

W 100

W W

8 4 62





= 301.05 (Kg/h)Vậy phương trình cân bằng vật liệu là:

G1 = G2+W = 200 + 301.05 = 501.05 (Kg/h)

II-CÂN BẰNG VẬT LIỆU CHO KHÔNG KHÍ SẤY

Cũng như vật liệu khô ,coi như lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy không bị mất mát trong suốt quá trình sấy Khi qua quá trình làm việc ổn định lượng không khí đi vào mấy sấy mang theo một lượng ẩm là :Lx1

Sau khi sấy xong lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêm một lượng ẩm là W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi mấy sấy là L*x2 thì có phương trình cân bằng:

L*x1 + W = L*x2 {sách QTTB trang 165}

L =

1 2

W

x

x  (Kg/h)Thay số : L = 0.02926301.050.01596

 = 22635.34 ( Kg/h)Với L là lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi W Kg ẩm trong vật

liệu.Vậy lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1 Kg ẩm trong vật liệu là:

1

x

0 2

III-QUÁ TRÌNH SẤY HỒI LƯU LÝ THUYẾT

Quá trình hồi lưu có ưu điểm là: Tiết kiệm năng lượng, tạo ra chế độ sấy dịu dàng làm tăng chất lượng sản phẩm

Có hai kiểu sấy hồi lưu:

+ Hồi lưu trước caloripher

+ Hồi lưu sau caloripher

Ở đây ta xét qua trình hồi lưu trước caloripher lthải

Tác nhân sấy đi ra khỏi buồng sấy có trạng thái t2,  2, x2 được hồi lưu lại với lượng lH và thải ra môi trường lthải Khối lượng lH được hoà trộn với không khí mới có trạng thái là t0, o ,x0,được quạt hút và đẩy vào caloripher để gia nhiệt đếntrạng thai t1,x1,1 rồi đẩy vào buồng sấy

Vật liệu ẩm có khối lượng là G1 đi vào buồng sấy và sản phẩm ra là G2 Tác nhân đi qua buồng sấy đã nhận hơi nước bay hơi từ vật liệu sấy đồng thời bị mất nhiệt nên trạng thái của nó là x2 ,t2, 2

Gọi xM,IM là trạng thái của hổn hợp khí ở buồng hoà trộn

IM =

n

nI I



 1

2 0

(Kg/Kgkkk)

IM =

1 1

2 146

* 1 76 69

x

x I

3 3

3

10

*97.110

10

*2493

* 10

* 97 1 10

0223 0

* 10

* 2493

* 10

* 98 107

3 3

3 3





= 50.180C suy ra : pMbh=0.129(at)

) 622 0 ( 



M Mbh

M

P x

Lượng không khí khô lưu chuyển trong thiết bị sấy

Viết cân bằng cho 1 thiết bị sấy ta được

LxM + G1W1 = Lx2 + G2W2

L=

M

x x

1 W W G

=651.4280.0274*0.650.02230.05*240





=80672.196 (Kg/h)

l =

428 411

196 80672

098 40336

X

CHƯƠNG 5

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

I-CÁC THÔNG SỐ VỀ THIẾT BỊ SẤY

RT

1 1

1



 ( m3/Kgkkk ) {sách QTTB II trang 157}Với R=287 (J/Kg.oK)

b/Thể tích không khí vào phòng sấy:

V1 = L*v1 = 22635.34*1.153 = 26098.55(m3/h)c/ Thể tích riêng không khí ra khỏi phòng sấy là:

RT

2 2



v2 = 1.023(m3/Kgkkk)

d/Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy:

V2 = Lv2 = 22635.34*1.023 = 23155.95(m3/h)e/Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

2/Chọn kích thước của băng tải

-Gọi Br : Chiều rộng lớp băng tải (m)

H : Chiều dày lớp chè (m) Lấy H=0.1(m)

Btt=

9 0

r

B

=0.72 (m) Choün  =0.9

Gọi Lb : Chiều dài băng tải ta có:

ls: Chiều dài phụ thêm, chọn ls=1.2 (m)T: Thời gian sấy, chọn T=30 phút=0.5 giờ

Ta chọn khoảng cách giữa 2 trục của hai xích =0.6 (m)

T G

tt

+ ls = 1 2

320

* 1 0

* 72 0

5 0

* 5 501

 =12-Vậy Lb=12(m)

-Băng tải chỉ sử dụng một dây chuyền nên ta chọn chiều dài của một băng tải là 6

m suy ra số băng tải là 2

*Đường kính của băng tải d = 0.3m

3-chọn vật liệu làm phòng sấy:

-Phòng sấy được xây bằng gạch

-Bề dày tường 0.22 (m) có:

+Chiều dày viên gạch : 0.2( m)

+Hai lớp vữa hai bên : 0.01 (m)

+Hai lớp nhôm mỗi lớp dày 0.015 (m)

-Chiều dài làm việc của phòng sấy:

Lph = 6 + 2*0.6 = 7.2 m-Chiều cao làm việc của phòng sấy:

Hph = 0.3*2 + 0.1*2+0.33*3 = 1.8 ( m )-Chiều rộng làm việc của phòng sấy:

Rph = 0.724 + 0.6 = 1.32 (m)Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là:

Lng = 7.2 + 2*0.22 = 7.64 (m)

Hng = 1.8 + 0.02 + 0.15 = 1.97 (m)Rng = 1 32 + 0.22*2 = 1.76 (m)

4- Vận tốc của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy:

a/Vận tốc của không khí trong phòng sấy:

) / ( 88 2 3600

* 32 1 8 1

25 24627

s m R

H

V ph ph

Với: Re: là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng

ltđ Đường kính tương đương

ltđ =

ph ph

ph ph R H

R H



*

* 2

52 1

* 88 2

 = 20.399*104Vậy Re = 22.399*104 > 104 suy ra chế độ của không khí trong phòng sấy là chế

2 1

ln

t t

t t

II-TÍNH TỔN THẤT

1-Tổn thất qua tường

-Tường xây bằng gạch dày 0.22 (m)

-Chiều dày viên gạch gach=0.2 (m)

-Chiều dày mỗi lớp vữa v= 0.01 (m)

 : là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức đơn vị W/m2độ

k : hệ số điều chỉnha/Tính /

03122 0

* 378 356



CGọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy

ttb = 83

2

89 77



CTại nhiệt độ này tra bảng được : = 3.0742.10-2( w/mđộ)

21.393*10 6(m2/s)

Chuẩn số Gratkov : Đặc trưng cho tác dụng tương hổ của lực ma sát phân

tử và lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ cao khác củadòng ,kí hiệu Gr





với g là gia tốc trọng trường g=9.8(m/s2 )

Hph Chiều cao của phòng sấySuy ra Gr=

) 273 89 (

* ) 10

* 393 21 (

) 77 89 (

* ) 8 1 (

* 8 9

2 6 3

 Hệ số cấp nhiệt do bức xạTrong quá trình truyền nhiệt ổn định thì:

2 1 1 3

1 ,  , 

 : bề mặt dày các lớp tường  1 ,  2 ,  3: Hệ số dẫn nhiệt tương ứng

m

01 0

2 0 2 1

01 0 2 1

01 0





Từ đó

tbg = 33 28

2

25 56 41



CTại nhiêt độ tbg này tra bang ta tính đươc   2 67 * 10  2(w/mk)

Gr=

16.56 273 1.17

10

*68.16

56.16

*8.1

*81.9

12 2

3 2

0267 0

* 57 154

T T

t t

C kk T

o n



Với

n

 :Độ đen của vữa lấy 0.9

Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệtt đối lấy 5.67

T1 = tT2+273=325.02oK

T2 = tkk+273=298 oK

Từ đó:

86 5 100

298 100

56 314 25 56 41

76 5

* 9

q2 = 2* t2  7 95 * 16 56  134 96

65 131

23 128 65 131 100



maz q q

Các giả thiết trên có thể chấp nhận được

*/Vậy tổn thất qua tường

Qt=3.6*k* * t tb

1 69 10 1

1 1

1

1

3

1 2 1

2 1

t t

55 14215

Cấp nhiệt do đối lưu bức xạ /1

Nu=0.018*l * Re 0 8=356.378

32 1

03122 0

* 378 356

Rph

/

 Nu

Cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên 2//

Chon nhiệt độ trần dưới là:

Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa trần phòng sấy với nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy

ttb = 92 5

2

89 96

362

*)10

*72.22(

7

*32.1

*8.9

2 6 3

1 2 1 3

Nu = 0.47*Gr0.25 = 80.11

93 1 32

1

03178 0

* 11 80 Rph

//

1    

8 43 1 93 13 78 33

1

15 0 55 1

07 0

11 25 36

*03.16(

11

*76.1

*8.9

2 6 3

1 2 2 3

01 2 Rng

/

2   

Vì bề mặt trần hướng lên trên nên hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên tăng 30% vậy ta

có hệ số cáp nhiệt đối lưu tự nhiên thực tế là:

61 2

//

2

100 100

T T

T T

C o n





41 91 46 96 100



maz

q q

Vậy các gia thiết nêu trên có thể chấp nhận được

1 78 13 1

1 1

1

1

3

1 2 1

64 7

* 76 1 32 1 2

2

m L

05 301

35 3257

81 1843

)( 1/ 1//

1 3

3

10

* 092 2 362

* 10

* 43 18

5 4

* 8 1

* 8 9





+Chuẩn số Nuxen là:

Nu = 0.47*Gr0.25 = 100.52+Hệ số cấp nhiệt do tự nhiên là:

6 1 8

1

0286 0

* 52 100

Nhiệt tải riêng q1 = 1t1  9 88 * 4 5  44 46 KJ/Kgẩm

Gọi  2là hệ số cấp nhiệt từ cưả ngoài ra không khí xung quanh

736 0

1 0 03275 0

015 0 03275 0

015 0

i T

2

25 73 37 2