Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI

Trong thời gian sấy khô, lá tràbị biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học:  Tổng hàm lượng các chất hồ tan giảm đi so với lá chè xong.. Giảm mạnh hàm lượng hidropecti

Đề tài

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY

BĂNG TẢI

SV TỐNG THỊ HƯƠNG GVHD TRỊNH VĂN DỦNG

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 3

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4

Các thông số sử dụng tính tốn 4

Tính cân bằng vật chất 7

Thời gian sấy 7

HẦM SẤY: 8

I Băng tải 8

II Kích thước hầm 10

III Động cơ băng tải 11

CÂN BẰNG NHIỆT 14

I Sấy lí thuyết 14

II Tổn hao nhiệt 15

III Sấy thực 23

THIẾT BỊ PHỤ 27

I Calorifer 27

II Cyclon 32

III Quạt 33

IV Gầu tải nhập liệu 36

TÍNH KINH TẾ 38

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỞ ĐẦU

Trà là một thức uống có tính giải khát phổ thông trong nhân dân đặc biệt là nhân dân vùng

châu Á Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trong trà có

những dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khối, tỉnh táo, đỡ mệt

mỏi, dễ tiêu hố…

Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà Quá trình chế

biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong đó sấy là một công

đoạn hết sức quan trọng Mục đích của sấy trà: dùng nhiệt độ cao để diệt enzyme, đình chỉ quá

trình lên men nhằm giữ lại tối đa những chất có giá trị trong lá trà giúp hình thành hương vị, màu

sắc của trà Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tối thiểu, phù hợp yêu cầu bảo

quản chất lượng trà trước khi phân loại

Trong thời gian sấy khô, lá tràbị biến đổi cả về tính chất vật lí cũng như tính chất hóa học:

 Tổng hàm lượng các chất hồ tan giảm đi so với lá chè xong

 Hàm lượng cafein giảm đi một ít Đó là do sự bay hơi một phần và do sự thăng hoa của các hợp chất này khi sấy khô

Sự biến đổi của Nitơ hòa tan và Cafein trong khi sấy:

 Nhóm chất hydratcacbon có những biến đổi như sau:

Giảm một ít hàm lượng glucose, saccharose, tinh bột

Giảm mạnh hàm lượng hidropectin (lá trà lên men chứa 2,73% so với 1,74% của trà đen bán thành phẩm)

Lượng protein cũng giảm đi trong thời gian sấy này Lượng vitamin C giảm mạnh: từ 2,64 g/kg chất khô trước khi sấy còn lại 1,81 g/kg sau khi sấy

Trong khi sấy trà cần chú ý:

 Tốc độ không khí nóng thổi vào buồng sấy quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng ứ đọng hơi ẩm làm

giảm chất lượng trà rõ rệt

 Nhiệt độ sấy quá cao & không khí thổi vào quá lớn sẽ làm cho trà bị cháy vụn, nhiệt độ càng

cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạo trên bề

mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thốt ra ngồi, kết quả không tiêu diệt

được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng của trà nhanh chóng

xuống cấp trong thời gian bảo quản

Các phương pháp sấy:

- sấy thường

- sấy có bổ sung nhiệt

- sấy có đốt nóng giữa chừng

- sấy tuần hồn khí thải

Trong đồ án này ta chọn phương thức sấy thường vì không yêu cầu phải giảm nhiệt độ của tác

nhân sấy Mặt khác nếu dùng các phương pháp khác sẽ phức tạp về kết cấu thiết bị dẫn đến

không hiệu quả về mặt kinh tế

Thiết bị sấy có nhiều loại: buồng sấy, hầm sấy, máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi, máy

sấy phun, máy sấy thổi khí…

Ta chọn hầm sấy với thiết bị vận chuyển là băng tải vì phương án này có những ưu điểm như

sau:

 Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn & sắp xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha

nên tăng tốc độ sấy

 Có thể đốt nóng giữa chừng, điều khiển dòng khí

 Phù hợp với vật liệu sấy dạng sợi như trà

 Hoạt động liên tục

 Có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều

Bên cạnh những ưu điểm thì phương án này cũng có nhược điểm: cồng kềnh, vận hành phức

tạp

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Ngay khi qúa trình lên men kết thúc, tức là khi các chỉ tiêu chất lượng đã đạt yêu cầu, cần chấm dứt hoạt động gây lên men của enzym Muốn vậy trong công nghệ chế biến trà hiện nay

người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thời tạo ra những

chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hồn thiện chất lượng sản phẩm

Chè (trà) có độ ẩm đầu 60% nằm trong bồn chứa được gầu tải đưa vào bộ phận nhập liệu Bộ

phận nhập liệu có tang quay gắn với động cơ giúp trà được đưa vào máy sấy liên tục không bị

nghẽn lại ở đầu băng tải Sau đó tay gạt điều chỉnh độ dày của chè vào hầm sấy Khi vào hầm sấy

chè sẽ chuyển động cùng với băng tải đến cuối băng tải thứ nhất chè đổ xuống băng tải thứ hai và

chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuối cùng và theo máng tháo liệu

ra ngồi Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%

đến 100oC, không khí nóng theo đường ống đi vào hầm sấy Trong hầm không khí đi qua các

băng tải Sau cùng không khí được quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngồi

Một phần chè bị lôi cuốn bởi TNS sẽ được thu hồi bằng cyclon

hao nhiệt cũng như đảm bảo trên mặt sản phẩm không bị đọng sương

PHẦN TÍNH TỐN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các thơng số sử dụng tính tốn:

 Vật liệu sấy:

5

từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1])

 Tác nhân sấy: là khơng khí nĩng với các thơng số được tra và chọn như sau:

Khơng khí vào caloriphe t0 = 25oC, o = 85%

Khơng khí vào hầm sấy t1 = 100oC

Khơng khí ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC

I CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN CỦA KHƠNG KHÍ:

t t

1 Khơng khí trước khi vào caloriphe (điểm A):

Chọn nhiệt độ khơng khí trước khi vào caloriphe: to=25oC

Đây là nhiệt độ thấp nhất trong năm ở Tp HCM Chọn như trên đảm bảo thiết bị hoạt động

bình thường quanh năm

Aùp suất hơi bão hịa:

5,235

42,402612

)

255,235

42,402612

P d







0,621 (2.18[1]) Trong đĩ B là áp suất khí trời nơi các định độ ẩm, lấy B= 1 atm lấy B=1,013bar

0315,085.0013,1

0315,085.0621,0

2 Khơng khí sau khi đi qua caloriphe (điểm B):

Chọn nhiệt độ khơng khí sau caloriphe là: t1= 100oC

5,235

42,402612

42,402612

0167,01

Nhiệt độ khơng khí ra khỏi hầm sấy: t2 = 40oC

Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khơ

Aùp suất hơi bão hịa:

5,235

42,402612

)

405,235

42,402612

20

842,12500

004,1

t

t I

40004,1226,145

0408,01

Giả thiết quá trình sấy không có tổn thất vật liệu sấy: G1(1 – W1) = G2 (1 – W2)

Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bị: G1 = G2

60,01

05,01



 = 475 (kg/h)

THỜI GIAN SẤY

Theo tài liệu “ Kĩ thuật chế biến chè” của I.A.Khotrolava (Ngô Hữu Hợp & Nguyễn Năng

Vinh dịch)

Độ ẩm đầu, % Độ ẩm cuối, % Thời gian sấy, h

Gọi Uth: độ ẩm tới hạn, U*: độ ẩm cân bằng

Thay vào phương trình thời gian sấy:

U U N

U U N

,173

U

U U N

U U N

,16

U

U U N

U U N

,173

U

U U N

U U N

tốn khoảng thời gian là:

*

*

26,5ln150

U

U U N

U U N

38,057,79ln52,582

38,057,7952

,582

57,79150

vậy thời gian sấy là 30 phút

TÍNH KÍCH THƯớC THIếT Bị SấY

I BĂNG TẢI:

1 Số lượng băng tải:

o n

W W







1 1

khối lượng riêng của chè khô:o = 24 kg/m3

thay vào công thức ta được:

24

6,01998

6,01

V1, G1, 1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị:

 : thời gian sấy

475 = 8,202 m3/h

 Năng suất của thiết bị sấy băng tải:

Lb: chiều dài băng tải, m

Chọn B = 2 m Thay số vào phương trình trên ta được:

502028



,

,,

2 Tính con lăn đỡ băng:

 Khoảng cách giữa 2 con lăn ở nhánh có tải:

Tường được phủ lớp cách nhiệt 2 = 50 mm

360034

,2

15,11858





k

III ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI

Vì băng tải di chuyển với vận tốc thấp (số vòng quay của tang nhỏ)

 Vận tốc băng tải:

038036005

03806060

,,

,D

,,

,

 : hiệu suất chung

= 12233

= 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng

 = 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn

= 1: hiệu suất của khớp nối

= 0,972x 0,9953x1 = 0,927

suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải)

60409409270

4950

2 ,,

 ta chọn động cơ loại A02-41-8, bảng 28[9] T323 ta có các thông số sau:

công suất động cơ: Nđc = 2,2 kW

Số vòng quay động cơ: nđc = 720 v/ph

b) Phân phối tỉ số truyền:

422

720

,,

n

ni

g tan

ibt: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm

Chọn ibn = 16,65

Để tạo điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu:

ibn = (1,21,3)ibt

87176516

52297

,,

,i

ii

bn

bt   

Bảng hệ thống:

Trục Thông số

1 Cơ cấu truyền động bằng đai giữa 2 tầng băng tải: tính theo tài liệu [9]

 Chọn loại đai vải cao su

 Đường kính bánh đai dẫn

3 1

1

1 1100 1300

n

N)(

82642

2

0251

900143422100060

1 1

2

2 1 2 2

2   

 Gốc ôm:

1 = 2 180o vì D1 = D2

 Định tiết diện đai:

Chiều dày đai

Theo bảng 5-3[9], ta chọn đai có chiều dày 13,5mm

513

900

1 ,,

495010001000

CCC][v

Nb

b v t o p

5138

1802525

432

d  , mm (7-2[9])

C= 130-110 đối với thép CT5, ta chọn C=110

864422

4950

,,

vậy ta chọn đường kính trục là 65mm

Để đảm bảo cho lưới inox không bị trượt trên tang dẫn ta gắn thêm những mấu nhỏ trên tang

dẫn, kích thước của mấu được chọn như sau: dài 20mm, rộng 10mm, cao 10mm

Trên vòng tang ta sẽ bố trí 6 mấu như trên, suy ra khoảng cách giữa các mấu cũng chính là

khoảng cách giữa các lỗ trên lưới là:

mm,

dtang

1576

300143







=3220,474 kJ/kg ẩm (7.16[1])

II TổN HAO NHIệT TRONG QUÁ TRÌNH SấY THựC:

1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi hầm:

W

C G

với G2: khối lượng vật liệu đầu ra, kg/h

W: lượng ẩm cần tách, kg/h

Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi hầm sấy, kJ/kg.độ

tvlđ, tvlc : nhiệt độ vật liệu lúc vào và ra khỏi hầm sấy

tvlđ = to = 25oC

tvlc = t2 = 40oC ( sấy cùng chiều, vật liệu dễ hấp thụ nhiệt)

 Nhiệt dung riêng của khoai mì ra khỏi hầm sấy:

Cvl = Cvlk ( 1-W2) + CaW2

Với

Cvlk: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

Cvlk = 1,5 kgJ/kgđộ

Ca : nhiệt dung riêng của nước

200

3 Nhiệt tổn thất ra môi trường:

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:

 Nhiệt tổn thất qua trần: q

3.1 Tổn thất nhiệt qua tường:

Giả thiết quá trình truyền nhiệt từ TNS ra ngồi không khí là truyền nhiệt biến thiên ổn định,

nghĩa là nhiệt độ TNS thay đổi theo không gian chứ không thay đổi theo thời gian

τ

α

1λ

δλ

δα1

1Κ

”1: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiện, W/m2độ

Như vậy không khí nóng được vận chuyển bằng quạt thì hệ số cấp nhiệt sẽ bao gồm ảnh

hưởng của đối lưu tự nhiên & đối lưu cưỡng bức

 Tính hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động cưỡng bức:

Công thức tổng quát cho khí chảy dọc theo tường phẳng:

’1=

h

' 1

L

λ

, W/m2độ (VI-39[3]) với:

c, n: hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí

Chuẩn số Re được tính theo công thức:

Re=

t

t t tñ

dμ

ω  (VI-42[3])

t = 1,029 kg/m3: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ trung bình

t = 20,6.10-6 Pa.s: độ nhớt của khí ở nhiệt độ trung bình

Các thông số của khí tra ở T.318 tài liệu [4]

dtđ =

h h

h h

HB

HB

54622

,,

,,

t ''

, W/m2độ (VI-44[3])

với Nu1’’=  (Gr.Pr)m (VI-45[3])

, m: hệ số phụ thuộc vào tích số (Gr.Pr) Công thức này được dùng khi Pr>0,7

Công thức tính Grassholf (Gr)

Gr=

tb 3 t

2 t 3 h

Tμ

ΔTρgH

(VI-46[3])

g = 9,81 m2/s : gia tốc trọng trường

T= ttb – tT1, K

ttb : nhiệt độ trung bình của TNS

tT1: nhiệt độ tường tiếp xúc với TNS

tm =

2

1 T

620

02915054819

3 6

2 3

(

,,,,

= 1,73622.1014Công thức tính chuẩn số Pr:

Pr =

T

T T

λ

μC (VI-47[3])

CT = 1010 J/kgđộ

Pr =

02970

10620

029706416688

,

,, 

2’: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên

t2 = tT2 – txq : hiệu số giữa nhiệt độ tường và không khí xung quanh, oC

4 4

2 2 1

100100

TT

])

T()

T[(

C

T

t T

'' 2

C1-2 = 4,15 – 4,25 W/m2K4: hệ số bức xạ chung Chọn C1-2= 4,15 W/m2K4

298302

100

298100

30215

10580

050770

250024531

1

,

.,

,,

c) Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ:

Bằng cách kiểm tra nhiệt tải riêng q1 và q2:

100497

29

1282949729100

q

qq

= 1,24%< 5% ( chấp nhận) Tính nhiệt độ mặt tường hầm sấy rồi so sánh với nhiệt độ tT1= 69,45oC và tT2= 29oC đã giả

thiết ban đầu

= 70 -

02453

25707450,

)(

= 25 +

2827

25707450,

)(

, 

= 29,602oC

Kiểm tra sai số:

%,

,,

108010045

69

375694569

%

,

076210029

6022929







<5%: chấp nhận

Vậy giả thiết ban đầu có thể chấp nhận được

d) Tính nhiệt tổn thất qua tường:

tFK

q t t tb

Ft = 2LhHh = 2x24x4,5 = 216 m2

c ñ

c ñ tb

t

tln

ttt

1575ln

1000275

360028372167450

3.2 Nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy:

Qúa trình cấp nhiệt cho trần hầm sấy tính tốn giống như tường hầm sấy nhưng lại là tường

nằm ngang:

2 2 2 1 1 1

τ

α

1λ

δλ

δα1

1Κ

h

1λNuB

1281

100580

05083621

1

Κτ

,,

,,

,,

Kiểm tra các giả thiết về nhiệt độ:

tFK

q tr tr tb

199281000

275

360028

374629260

,,

,,

che của phân xưởng 2m

Theo bảng 7.1 T142 [1], ta có qn0 = 44,2 W/m2

Vậy

1000275

3600462244

*

*,

*,

qn  = 36,106 kJ/kg ẩm

3.4 Nhiệt tổn thất qua cửa:

10580

02805203

0020858481

1

,,

,,

,,

 Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ:

360028

374235971

III TÍNH TỐN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC:

Lượng nhiệt cần bổ sung  được tính như sau:

 = Ca.tvlđ – qxq - qvl - qct

= 4,18.25 – 172,511 -17,828 - 64,409 = - 150,285 kJ/ kg ẩm

Theo định nghĩa: =

0 2

1 2

d d

I I



 , < 0  I2< I1

A

t0t

' 2

))(

(

i

t t d C d

trong đó:

 00395

285150682573

401000348101670

,,

)(

,,

Độ ẩm tương đối:

)d,

(P

Bd

' '

b

' '

2 2

2 2

(,

,,

'

76828276003950621007320

039500131

1275

1

0 2

,,

,d

 Lượng không khí khô cần dùng để bốc hơi 1 kg ẩm

0167003950

11

0 2

,,

,d

,,

q

q

q'

591759

3470

7593470754

72,52

20 0,52 1,89 5,07

100 2,64

Hiệu suất của thiết bị sấy thực:

,

,q

q

14717593470

182469

1





 Kiểm tra giả thiết về tốc độ TNS trong hầm sấy:

 Kiểm tra tốc độ TNS đã giả thiết:

Tốc độ trung bình của TNS trong quá trình sấy thực w bằng:

4821342

4673

,,

,F

,,

5215

1

514821

SVTH: Tống Thị Hương 27

TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

I CALORIFER: tính tốn theo tài liệu [6]

Sử dụng calorifer khí hơi để gia nhiệt không khí:

 Hơi bão hòa đi trong ống

 Không khí đi ngồi ống

 Các thông số vật lí của hơi bão hòa tra T318[4]

to = 120oC

p = 2,025at r=2207kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi

1 Tính tốn nhiệt calorifer:

 Công suất nhiệt của calorifer:

Q= qW = 3470,759 x275 = 954458,725 kJ/h = 265,127 kW

 Lượng hơi cần thiết để gia nhiệt không khí:

Giả sử hiệu suất của calorifer là 95%

2304559502207

72595445895

,

,,

- chiều dài mỗi ống: l=1m

Tính hiệu số nhiệt độ trung bình:

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:

l c F l o F l

2 2 2

03802

2 2

).,

1 1 2 1 0

2

c c

c c E

FF

n

FFdFd

2862

244024400300810

,,

,,

,,

l o

l

F2: diện tích ngồi của một ống có cánh (phía không khí)

l

hơi nước ngưng tụ)

max =

)ss

hs

d(

c c 1 1

,

,,

,

,(

,

003500440

00050004020440

0301

53

017909811



.,

,,

= 11151,43

 Oáng xếp sole, ta có:

Nuf = 0,251 Re0,67

2 2

1 2 2

2 1

1

, ,

t

dsd

13

304430

0292039106,

,, 

0810,

,

= 0,332  : hiệu suất cánh c

00050110

55217322

,

,

c c

38

2

,d

2440552173

 Hiệu suất truyền nhiệt:

τ

α

1λ

δα1

1Κ

Với:

 c: hệ số cánh

c = 1+

ld

)dd(

1

2 2 2

2

 (2-136[6])

c = 1+

102602

0300380





,

),,

1 0725

dt

r,

tt

2

117120

118,5oC Giả sử tw = 117oC, t1= tngưng – tw = 3oC

29446857

0102207725

0 4

3

2 3

3

,

,

,,

1

11

145

002052298331

Kiểm tra lại độ chênh lệch t1: