Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy dịch chanh dây

 Số liệu ban đầu - Năng suất sản phẩm: 7 tấn sản phẩm/ ngày - Tổng quan về các phương pháp sấy, nguyên liệu và quy trình thực hiện - Tính toán cân bằng vật chất của quá trình - Tính cân

Mục lục

Đặt vấn đề 20

1.1 Khái niệm chung về quá trình sấy 20

1.1.1 Khái niệm sấy 20

1.1.2 Phân loại 21

1.1.3 Nguyên lí của quá trình sấy 22

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 22

1.2 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy 22

1.2.1 Tác nhân sấy: Những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy 22

1.2.2 Các loại tác nhân sấy 23

1.2.3 Chọn thiết bị sấy 23

1.3 Tổng quan về nguyên liệu chanh dây 24

1.3.1 Nguồn gốc 24

1.3.2 Phân loại 25

1.3.3 Cấu tạo, thành phần 26

1.3.4 Quy trình sản xuất bột chanh dây 28

1.4 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy 29

1.4.1 Chọn phương án sấy 29

1.4.2 Chọn thiết bị sấy 29

CHƯƠNG 2 32

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 32

2.1 Xử lý số liệu 32

2.1.1 Các ký hiệu 32

2.1.2 Các thông số ban đầu 32

2.1.3 Tính các thông số của không khí 32

2.2.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy 35

CHƯƠNG 3 37

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH 37

3.1 Kích thước thiết bị chính 37

3.1.1.Đường kính trung bình của giọt vật liệu 38

3.1.2 Xác định đường kính thiết bị 38

3.2 Tính bền cho thiết bị chính 40

3.2.1 Thân thiết bị 40

3.2.2 Đáy nắp thiết bị : 41

CHƯƠNG 4 42

TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 42

4.1 Tính cân bằng nhiệt lượng 42

4.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy 42

4.1.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy 42

4.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt lượng 42

4.2 Tổn thất nhiệt ở tháp sấy 43

4.2.1 Tính hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong đến thành thiết bị 44

4.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt của tường môi trường xung quanh 46

4.3 Tính toán quá trình sấy thực tế 49

4.4 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực 49

CHƯƠNG 5 51

TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 51

5.1 Tính calorifer cấp nhiệt 51

5.1.1 Chọn các kích thước truyền nhiệt 52

5.1.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 55

5.1.4 Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer 56

5.2 Tính và chọn xyclon 56

5.3 Tính trở lực và chọn quạt 58

5.3.1 Tính trở lực của quá trình 58

5.3.2 Tính và chọn quạt: 61

5.4 Tính chọn bơm cao áp : 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

HUẾ

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy phun để sấy dịch chanh dây.

 Số liệu ban đầu

- Năng suất sản phẩm: 7 tấn sản phẩm/ ngày

- Tổng quan về các phương pháp sấy, nguyên liệu và quy trình thực hiện

- Tính toán cân bằng vật chất của quá trình

- Tính cân bằng năng lượng

Huế, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

Đặt vấn đề

Đời sống con người ngày càng được nâng cao vì vậy trong cuộc sống của họ nhucầu về các sản phẩm mang tính tiện nghi đặc biệt phù hợp với công việc và nhịp sống của người dân ngày càng nhiều Để cung cấp được các sản phẩm thỏa mãn nhu cầu đó của người tiêu dùng điều đó đã và đang là nhiệm vụ lớn đối với các

kỹ sư công nghệ thực phẩm

Bên cạnh những thực phẩm chế biến sẵn, thức ăn nhanh, nước giải khát thì bên cạnh đó bột hoa quả cũng đang là một trong những mạt hàng đang được sự chú ýquan tâm của nhiều người tiêu dùng, bởi những tính chất riêng biệt mà bột hoa quả mang lại Từ thực tế nhận thấy sự có mặt của các loại bột hoa quả ngày càngnhiều trên thị trường quốc tế cũng như trong nước như: bột cam, bột dứa, bột xoài Thì sản phẩm bột chanh dây với hương vị, thành phần dinh dưỡng riêngcủa mình đang dần dần chiếm được sự yêu thích của người tiêu dùng

Ở nước ta với điều kiện khí hậu nhiệt đới đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển cho chanh dây phát triển tốt và sản lượng cao Từ những điều kiện trên

em nhận thấy đây là một trong những điều kiện thuận lợi để sản xuất bột chanh dây Điều này vừa tạo công việc cho nguồn lao động nước ta, tăng thu nhập cho người dân, nâng cao và đẩy mạnh nền nông nghiệp nước nhà và đảm bảo được nhu cầu trên thị trường

Để đảm bảo được dinh dưỡng cũng như tính cảm quan cho bột chanh dây trong quá trình sản xuất việc chọn thiết bị phù hợp là một trong những điều kiện đầu tiên của quá trình sản xuất Ta thấy những ưu điểm của thiết bị sấy phun như:

 Tính chất, chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn, sản phẩm sau khi sấy

có dạng bột mịn và đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến

 Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng xuất cao và liên tục

 Sấy được nguồn nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ tháp và thời gian ngắn

 Khí nén thường được sử dụng là khí trơ hoặc không khí

 Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị và điều kiện khô vì thế việc chọn thiết

bị chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản

 Khoảng nhiệt tác nhân sấy khá rộng

Từ những ưu điểm của thiết bị sấy phun cũng như để đảm bảo chất lượng, tính chất cảm quan của sản phẩm bột chanh dây em chọn thiết bị sấy phun dịch chanh dây với năng xuất 7 tấn/ngày

1.1 Khái niệm chung về quá trình sấy

1.1.1 Khái niệm sấy

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắnhoặc lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở,kho tồn…), tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ ) và để bảo quản trong mộtthời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm

Đối với vật liệu lỏng có nồng độ chất khô quá thấp nên cô đặc trước khi sấynhằm tách nước sơ bộ Cũng giống như sấy quá trình cô đặc dùng nhiệt để làmbay hơi nước nhưng thực hiện ở nhiệt độ sôi còn sấy làm bay hơi nước ở nhiệt

độ bất kỳ, tránh nhiệt độ quá cao làm biến tính sản phẩm

Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ẩm ở

bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phầncủa ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là quá trình không ổnđịnh, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy

1.1.2 Phân loại

Quá trình sấy bao gồm hai phương thức:

- Sấy tự nhiên:Tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời để làm bayhơi nước trong bề mặt vật liệu

- Sấy nhân tạo:Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cungcấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháptruyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra nhiều dạng:

+ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà

tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…

+ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật

liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

+ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tiahồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy

+ Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần đểđốt nóng toàn bộ chiều dày của vật liệu sấy

+ Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không

cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từtrạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng

+ Ưu điểm:

 Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên

 Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp

 Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu

 Tốn ít mặt bằng, nhân công

+ Nhược điểm: Tốn chi phí cho đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chiphí năng lượng

1.1.3 Nguyên lí 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 quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngoài vậtliệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa

là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đótách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ

ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tánchuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất

hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

- Nồng độ chất khô của nguyên liệu: nồng độ cao giảm được thời gian bốchơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấyphun, nồng độ thấp tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình

- Nhiệt độ tác nhân sấy: đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩmcủa sản phẩm sau khi sấy phun, độ ẩm bột của sản phẩm thu được sẽ giảm đinếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Tuy nhiên việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gâyphân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mứctiêu hao năng lượng cho quá trình

- Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệutrong buồng sấy

1.2 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy

1.2.1 Tác nhân sấy: Những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ

vật liệu sấy

- Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát

ra từ vật sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trongbuồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy vàmôi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại

- Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:

+ Gia nhiệt cho vật sấy

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

+ Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

- Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy đểlàm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát rakhỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từvật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi

từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:

+ Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

+ Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không)

- Trong sấy đối lưu, vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nóđóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khínóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…

- Trong sấy đối lưu, chất tải nhiệt có thể dùng là hơi nước hay khói đểgia nhiệt cho tác nhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vật liệu

1.2.2 Các loại tác nhân sấy

- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết

các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ônhiễm và thay đổi mùi vị Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cầntrang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (calorife khí - hơi hay khí - khói), nhiệt độsấy không quá cao, thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị traođổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt

- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên

10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễmgây mùi khói Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ,

đồ gốm, một số loại hạt có vỏ

- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bịcháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt,nhiệt độ thường lớn hơn 100 0C (sấy ở áp suất khí quyển)

1.2.3 Chọn thiết bị sấy

Phân loại thiết bị sấy: Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên

có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy:

- Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng

khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằngdòng điện cao tần

- Dựa vào áp suất làm việc: có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp suất thường

- Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn

- 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

thùng quay, sấy phun

- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng

chiều, ngược chiều, giao chiều

1.3 Tổng quan về nguyên liệu chanh dây

Người ta chưa xác định được nguồn gốc của loại quả màu vàng, có lẽ nó thuộcvùng Amazon của Brazil, hay cũng có thể nó là cây lai giữa Passiflora edulis vàPassiflora ligularis

Ở Việt Nam, đầu tiên chanh dây xuất hiện ở các tỉnh miền Bắc vào thập niên 90

và sau đó phân tán vào đến các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long Vì ở Việt Nam

có cây Lạc Tiên (miền Trung và miền Nam gọi là cây Chùm Bao - một loại câyhoang dại có tác dụng chữa bệnh mất ngủ) là loại cây leo trái tròn, lớn gấp đôitrái ping-pông, vỏ có màu xanh khi chín màu vàng lợt, ruột có vị chua thanh hơigiống chanh nên đặt tên gọi là “Chanh Dây”

Lạc Tiên vào Việt Nam có hai giống, phân biệt theo xuất xứ và màu vỏ:

 Giống Lạc Tiên có vỏ màu vàng có nguồn gốc từ Sirilanca, Urganda vàHawaii (nguồn tra cứu) ở Việt Nam gọi là cây chanh dây

 Giống Lạc Tiên vỏ tía có nguồn gốc từ Australia và Đài Loan Tại ĐứcTrọng giống Lạc Tiên vỏ tía được nhập từ Đài Loan có tên khoa học làPassiflora edulis, dân địa phương gọi là cây Mác Mác, người Đài Loan gọi là

Bách Hương Quả.

Ngày nay, chanh dây được phân bố khắp nơi trên thế giới như Châu Á, úc, NewZeland, ấn Độ , Nam Phi, Israsel, Hawaii, Canada

1.3.2 Phân loại

Có 3 loại Chanh Dây phổ biến

 Chanh Dây Tía (Passiflora edulis)

 Chanh Dây Vàng (Passiflora edulis flavicarpa)

 Chanh Dây Lam (passiflora cocrulea)

Ở Việt Nam chủ yếu gặp 2 loại chanh dây vỏ tía và vỏ vàng

 Dạng quả tía



 Black Knight: Quả có màu tía đậm, hương thơm tuyệt vời, có kích thước vàhình dạng của một quả trứng to Là loại cây leo khỏe mạnh, chen chúc và rấtsai quả, có tán lá mịn đẹp

 Kahuna: Quả tía vừa, rất lớn, có vị hơi chua thơm, dùng uống rất ngon Cây

có khả năng tự sinh sản, khỏe mạnh, tán lá to

 Edgchill: Có nguồn gốc ở Vista, Calif Quả tương tự như Black Knight,nhưng mọc to khỏe và có trái lớn hơn

 Frederick: Là loại quả có dạng gần giống hình oval, to, tía hơi xanh và cóchút sắc đỏ, có vị chua nhẹ, ngon khi ăn ngay, uống lại tuyệt vời Cây tự raquả cực kỳ khỏe mạnh, rất hữu ích và chắc hơn Passiflora edulis flavicarpa

 Paul Ecke: có nguồn gốc ở Encinitas, Calif Trái có kích thước trung bình,rất ngon thích hợp để uống hay ăn ngay Cây chắc và sai quả

 Purpe Giant: Quả rất lớn, tía đậm khi chín

 Red Rover: Quả hơi tròn, có kích thước vừa hoặc to, có vormauf đỏ sáng hấpdẫn, có vị chua thơm, ngon khi ăn liền hoặc uống Cây rất khỏe, chắc và cókhả năng tự sinh sản.

 Dạng quả vàng

 Brazillian Golden: Qủa có màu vàng, to, có vị hơi chua Cây rất khỏe, đòihỏi sự giao phấn Hoa thơm, màu trắng hơi đậm ở giữa, ra hoa vào giữa mùa

hè, vụ mùa bắt đầu vào cuối tháng tám hoặc đầu tháng chín

 Golden Giant: Cây có màu vàng, to, có nguồn gốc ở úc

Khi phân tích thành phần vỏ tươi của 2 loại chanh dây, người ta còn tìm thấy sự

có mặt của tinh bột (0,75-1,36%), đường (saccharose, glucose, fructose) 1,64%, chất béo (0,05-0,16%), phosphorus (0,03-0,06%), sillica (0.01-0,04%), kali (0,60-0,78%), acid hữu cơ (acid citric, acid malic) 0,15%

Vitamin B6 0,1 mg Acid béo nhiều nối đôi 0,411 g

1.3.4 Quy trình sản xuất bột chanh dây

1.3.4.1 Thuyết minh quy trình sản xuất bột chanh dây

Chanh dây sau khi thu hoạch tiến hành phân loại để loại trừ những quả hư hỏng,thối hoặc loại bỏ lá, cành sót lại khi thu hái, đất cát lẫn vào khi vận chuyển, bảo quản Sử dụng nước sạch để rửa sạch chanh, loại bỏ những bủi bặm, đất cát dínhtrên bề mặt quả Tiếp theo tiến hành tách ruột quả và loại bỏ vỏ, sử dụng dung dịch Na2CO3 10% để chỉnh pH sao cho pH = 4,5 thì được, tiến hành thủy phân dung dịch trên bằng pectinace trong vòng 3 giờ với nhiệt độ t= 40 - 45˚c và tiến hành lọc để loại bỏ hạt và bã Sau đó sử dụng nước để pha loãng và phối trộn hợp chất tạo màu cùng với Malto Dextrin Để có được sản phẩm bột chanh tiến hành cho dịch chanh qua thiết bị sấy phun với khoảng nhiệt độ t˚= 145˚c- 185˚c với áp suất p= 3- 4,5 bar Để hạn chế vị chua của sản phẩm cho phù hợp với nhu cầu sử dụng đa số người tiêu dùng cần xay đường thành hạt nhỏ, mịn phối trộn vào bột chanh để hoàn thiện sản phẩm, đóng gói vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm

1.4 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy

1.4.1 Chọn phương án sấy

Dịch chanh dây được sấy liên tục với tác nhân là không khí nóng Vật liệu vàtác nhân đi vào cùng chiều và không khí sau khi sấy sẽ đi qua cyclon thu hồi bộtchanh và sản phẩm được tháo ra qua cửa tháo nguyên liệu

1.4.2 Chọn thiết bị sấy

- Sấy gián đoạn: phương thức này cho năng suất thấp, các thao tác nặngnhọc, cồng kềnh Thiết bị này thường sử dụng khi năng suất nhỏ, sấy các loạisản phẩm có hình dạng khác nhau

- Sấy liên tục: Phương thức này cho chất lượng sản phẩm tốt hơn, năng suấtcao hơn, thao tác nhẹ nhàng Thường dùng sấy các sản phẩm có kích thước gầnbằng nhau Yếu tố quan trọng để chọn thiết bị sấy liên tục là tính chất của vậtliệu sấy

+ Để sấy vật liệu cục người ta dùng chủ yếu là loại thùng quay, loại đườnghầm

+ Để sấy vật liệu hạt, tơi, người ta dùng loại thùng quay, loại thổi khí, loạicyclon, loại vòi rồng, loại tầng sôi

+ Để sấy vật liệu nhão người ta dùng loại băng trục, loại trục, hay loại hình trụ nón

-+ Để sấy huyền phù, dung dịch, chất nóng chảy thường dùng loại sấy phun

- Vấn đề quyết định để chọn cơ cấu thiết bị sấy và tác nhân sấy phụ thuộc vào

nhiệt độ sấy cho phép và thời gian lưu lại cho phép của vật liệu trong thiết bị sấy.

- Thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa phức tạp và đắt vì thế nên dùngkhi không thể thực hiện được sấy ở áp suất thường ví dụ như các sản phẩm dễ

nổ, nhả hơi độc hại, sản phẩm dược phẩm hay sản phẩm có chất lượng cao

Vì vậy, thiết bị sấy được chọn để sấy dịch chanh dây là hệ thống sấyphun: Chọn thiết bị sấy phun vì dịch chanh dây là một hỗn hợp huyền phù thíchhợp cho hệ thống sấy phun, trong phương pháp này nguyên liệu được phân tánvào trong thiết bị sấy dưới dạng các hạt sương và được sấy khô bằng dòng khí

có nhiệt độ cao Quá trình sấy diễn ra rất mãnh liệt trong lòng thể tích các giọtlỏng Sản phẩm của sấy phun dưới dạng bột mịn

- Ưu điểm của phương pháp sấy phun

+ Thời gian sấy ngắn

+ Sản phẩm thu được đồng đều, hạt mịn nên không cần xử lý thêm

+ Sản phẩm có độ hòa tan cao (90-100%), độ ẩm thấp

+ Vận hành liên tục và tự động hóa hoàn toàn

+ Chi phí công nhân thấp

+ Chất lượng bột đảm bảo trong quá trình sấy

- Nhưng thiết bị sấy phun cũng có một số nhược điểm là:

+ Tốn nhiều năng lượng

+ Chi phí đầu tư, thiết bị cao

- Vậy để sấy dịch chanh dây ta thiết kế thiết bị sấy phun có các thông số:

+ Chọn tác nhân sấy là không khí

+ Chọn calorifer khí-hơi

+ Thiết bị làm việc liên tục

+ Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều

+ Thiết bị có lắp cánh đảo

NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA SẤY PHUN

1: Caloriphere

2: Bơm nhập liệu

3: Thiết bị sấy phun

4: Thùng chứa nguyên liệu5: Thu hồi

6: Quạt hút

Sơ đồ nguyên lý của quá trình sấy phun

1

3

2

5 4

6

Sấy ở đây là quá trình mất nước của chanh dây Dịch chanh dây ban đầu được lọc gạn và tiêu chuẩn hóa ở nhiệt độ cao ở 110 - 1300C trong khoảng 5 – 10 phút Dịch chanh dây ban đầu được cô đặc đạt độ khô 65 % trong điều kiện chânkhông sau đó được đưa vào thiết bị sấy phun Dịch chanh dây được phun thành những hạt bụi nhỏ và được làm khô trong phòng sấy Không khí sau khi qua bộ phận lọc được quạt đẩy đưa vào calorife để tiến hành gia nhiệt lên 1700C và thổi vào buồng sấy Dịch được bơm cao áp bơm từ bồn chứa tới vòi phun và được phun vào trong tháp dưới dạng những hạt bụi nhỏ Trong phòng sấy các hạt bụi chanh dây được sấy khô ngay lập tức thành bột chanh dây rơi xuống dưới Nhiệt

độ sấy sẽ giảm dần và khi vật liệu ra khỏi thùng sấy thì nhiệt độ còn 850C

Không khí trong tháp sấy được quạt hút ra ngoài qua xyclon (5) để thu lạinhững hạt sản phẩm nhỏ bị lôi cuốn theo dòng khí, nó được trộn với sản phẩm từtrong tháp sấy nhờ ống vận chuyển khí động qua xyclon (5) và được lấy ra ngoàiliên tục

CHƯƠNG 2

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 2.1 Xử lý số liệu

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

L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy, (Kg/h)

d0 Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi, (Kg/Kgkkk)

d1, d2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi quacaloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/Kgkkk)

2.1.2 Các thông số ban đầu

- Năng suất thiết bị sấy: G2 = 7 tấn sản phẩm / ngày = 291,67 kg/h

- Độ ẩm vật liệu vào: w1 = 35%

- Độ ẩm vật liệu ra: w2 = 3%

- Nhiệt độ môi trường: t0 = 260C đặt ở Huế

- Độ ẩm môi trường: 0 = 80%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào:t1 = 1700C

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 850C

- Nhiệt độ vật liệu vào: tvl1 = t0 = 260C

- Nhiệt độ vật liệu ra: tvl2 = 800C

Chọn nhiệt độ vật liệu ra thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy ra khoảng 5-100C.Chọn tvl2 = 800C

2.1.3 Tính các thông số của không khí

 Tính trạng thái không khí ngoài trời

- Phân áp suất bão hoà của hơi nước theo nhiệt độ:

4026, 42 exp 12

Trong đó φ: độ ẩm tương đối của không khí

B: áp suất khí quyển, B=1 at=0,981 bar= 735,6 mmHg

Po: phân áp suất bão hòa của hơi nước

.t x r C t

C

I  pk   pa (KJ/kg kkk) (CT 2.24/T29, [3])

Trong đó:

Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 (KJ/kg0K)

Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 (KJ/kg0K)

r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 (KJ/kg)

M: Khối lượng không khí, M = 29 (kg/kmol)

B: Áp suất khí quyển (N/m2)

Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí (N/m2)

902,010.0335,08,010.981,0

)27326.(

288

288

5 5

0 0

1 1

0,622

.

b b

p d

1,34 / b 0,981.10 0,00329.7,93.10

1,14 /0,981.10 0,13.0,57.10

2.2.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Lượng vật liệu đưa vào thiết bị sấy khi G2 = 291,67 kg/h là:

2.2.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất trong quá trình sấy.L: Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy

L.d1: lượng ẩm không khí khô mang theo vào phòng sấy

L.d2: Lượng ẩm trong không khí khô còn lại sau khi sấy

L V P

(m3/h) Lượng không khí cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là

1 W

L l

2 1 2 0

30,12 0,0507 0,0175

Bảng 2.1: Bảng tổng kết cho vật liệu sấy

G1: Khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h ) 435,26

G2: Khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h ) 291,67

Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h ) 282,92

Bảng 2.2: Bảng tổng kết cho tác nhân sấy

to(0C) x(kg/kgkkk) Độ ẩm

φ (%) I(kJ/kgkkk)

Sau khi ra khỏi

3.1 Kích thước thiết bị chính

Vòi phun : là kết cấu để đưa vật liệu sấy vào buồng sấy, vừa là kết cấu tạosương mù, gồm có đầu vòi có một chi tiết dạnh 3 cánh có thể tự do quay xungquanh một trục và nhờ đó dịch thể bị đánh tơi thành những giọt nhỏ

Chọn vòi phun sương loại cơ khí có đường kính lỗ phun là dc=0,5.10-2m, gócphân tán tia α=50º, loại này có ưu điểm làm việc không ồn, tiêu hao năng lượngđiện không lớn, năng xuất cao nhưng không dùng được cho dịch thể chứa cáchạt cứng.

Giả thiết vận tốc của không khí trong tháp là w=0,38 m/s

3.1.1.Đường kính trung bình của giọt vật liệu được tính theo công thức

4 3600

l

l c e

R

Gu K d



(T291, [5])

trong đó:

Chuẩn Reynolds:

3 6

0,38 1,635 10

80 10

tb d v

ω vận tốc dòng khí chuyển động trong thiết bị m/s

r ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, kj/kg, r=2150 (kj/kg)

C1, C2 nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở nhiệt độ T1, T2 (J/kg.độ)

0,33 7,76 0, 229 0, 23 908,6 0,8

p tb

R d



Vậy ta có R p 908, 6�d tb 908,6 1,635 10� � 3 1, 48 (m)

Đường kính tháp phun: D T 2, 2 2, 4  �R P (T290, (5))

3 2

3600 3600

4 4

w w=0,161+0,207=0,368 /

 Kiểm tra lại vận tốc của không khí đi trong tháp so với lựa chọn ban đầuChênh lệch với lựa chọn ban đầu

Vậy lựa chọn ban đầu là hợp lý

 Thể tích của buồng sấy là:

4V H

D





Suy ra

H v

Vật liệu chế tạo: Thép không rỉ

Chiều dày thân chon sơ bộ là: S = 5 mm

Tính kiểm tra độ ổn định của thân:

Thân chịu lực nén chiều trục và sẽ ổn định nếu thỏa mãn điều kiện sau đây:

a

S C p

trong đó

S: bề dày thân thiết bị (m)

: khối lượng riêng của thép (kg/ m3)

P;:lực nén chiều trục (N)

p M g V  �  � �  g   � � �� � D H S  g

Thay số vào ta có

Et ; là mô đun đàn hồi của thép, tra được: Et = 2,1�105 (N/mm2)

9430, 46

0,304 3,14 0,155 2,1 10 

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

4.1 Tính cân bằng nhiệt lượng

- tvl1: Nhiệt độ vật liệu trước khi vào sấy, tvl1 = tmt= 260C

- tvl2: Nhiệt độ vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy,