Thiết kế máy sấy trà với năng suất 200kgh

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

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 3

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4

Các thông số sử dụng tính toán 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 dânvùng châu Á Trà không những có tác dụng giải khát mà còn có tác dụng chữa bệnh vì trongtrà có những dưỡng chất: vit C, B, PP, cafein, muối Trà làm cho tinh thần sảng khoái, tỉnhtáo, đỡ mệt mỏi, dễ tiêu hoá…

Trà là sản phẩm được chế biến từ là trà non & búp trà (đọt trà) của cây trà Quá trìnhchế biến trà thông qua nhiều công đoạn: làm héo, vò, sàng, lên men, sấy… Trong đó sấy làmột 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 hìnhthành hương vị, màu sắc của trà Làm giảm hàm ẩm trong trà bán thành phẩm đến mức tốithiểu, 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 hóahọc:

 Tổng hàm lượng các chất hoà 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 hoacủa 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 tràđen 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 saukhi 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 ẩmlàm 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 độcàng cao sẽ làm giảm hương thơm của càng mạnh Nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng tạotrên bề mặt lá trà một lớp màng cứng, ngăn cản ẩm từ bên trong thoát ra ngoài, kết quảkhông tiêu diệt được men triệt để & trà vẫn chứa nhiều ẩm bên trong làm cho chất lượng củatrà 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 hoàn khí thải

Trong đồ án này ta chọn phương thức sấy thường vì không yêu cầu phải giảm nhiệt độ củatác nhân sấy Mặt khác nếu dùng các phương pháp khác sẽ phức tạp về kết cấu thiết bị dẫnđến 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 điểmnhư sau:

 Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn & sắp xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúcpha 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 hànhphức 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 tràhiện nay người ta dùng nhiệt độ cao vừa để đạt mục đích này vừa để làm khô trà, đồng thờitạo ra những chuyển hóa sinh nhiệt cần thiết nhằm hoàn 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 tụckhông 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 đổxuống băng tải thứ hai và chuyển động theo chiều ngược lại cứ như thế cho đến băng tải cuốicùng và theo máng tháo liệu ra ngoài Sau khi sấy chè có độ ẩm 5%

Tác nhân sấy(TNS): không khí nhiệt độ 25oC đi vào quạt đẩy qua caloriphe được gianhiệt đến 100oC, không khí nóng theo đường ống đi vào hầm sấy Trong hầm không khí điqua các băng tải Sau cùng không khí được quạt hút ở cuối hầm sấy hút ra ngoài

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

Sở dĩ ta chọn nhiệt độ đầu ra của TNS t2 = 40oC vì nhiệt độ này vừa thích hợp tránh bị tổnhao nhiệt cũng như đảm bảo trên mặt sản phẩm không bị đọng sương

PHẦN TÍNH TOÁN TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các thông số sử dụng tính toán:

 Vật liệu sấy:

Năng suất G2= 200 kg/h

Độ ẩm đầu theo vật liệu ướt W1=60%

Độ ẩm đầu theo vật liệu khô 1 =

Khối lượng riêng của vật liệu khô 0 = 24 kg/m3 (suy ra từ T45[2])

Nhiệt dung riêng của vật liệu khô cvlk = 1,5 kJ/kg.độ (chọn vì nhiệt dung riêng của thựcphẩm từ 1,2 đến 1,7 theo tài liệu [1])

 Tác nhân sấy: là không khí nóng với các thông số được tra và chọn như sau:

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

Không khí vào hầm sấy t1 = 100oC

Không khí ra khỏi hầm sấy t2 = 40oC

I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA KHÔNG KHÍ:

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

Chọn nhiệt độ không 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 hoạtđộng bình thường quanh năm

Chọn độ ẩm không khí trước khi vào caloriphe: o= 85%

Aùp suất hơi bão hòa:

5 , 235

42 , 4026 12

42 , 4026 12

P d







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

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

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

Hàm ẩm d1= do = 0,0167 kg ẩm/ kg kk khô

5 , 235

42 , 4026 12

42 , 4026 12

,

0

0167 , 0 1

3 Không khí ra khỏi hầm sấy (điểm C o ):

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

Enthalpy I2 = I1 = 146,300 kJ/kg kk khô.

Aùp suất hơi bão hòa:

5 , 235

42 , 4026 12

42 , 4026 12

20

842,12500

004,1

t

t I

: thể tích riêng của không khí được tra trong bảng Phụ lục 5 tài liệu [1]

II CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

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

1

21

Cân bằng ẩm: W = L(d2 – d1) = L (d2 – d0)

Lượng không khí khô cần để bốc hơi 1 kg ẩm vật liệu:

d

d  = 0,040810,0167 = 41,494 kg kk khô/kg ẩmLượng không khí khô cần: Lo= lxW = 41,494x275 = 11410,85 kg kk khô/h

THỜI GIAN SẤY

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

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

Thay vào phương trình thời gian sấy:

2

*

*ln

U U

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

N = 5282,52 kg ẩm/(kg vật liệu khôxh)

Muốn tính thời gian sấy từ độ ẩm từ Uo= 150% xuống U2 = 5,26% (vật liệu sấy của đề tài)thì tốn khoảng thời gian là:

26 , 5 ln

150

U

U U N

U U N

38 , 0 57 , 79 52

, 582

57 , 79

TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY

I BĂNG TẢI:

1 Số lượng băng tải:

 Khối lượng riêng của chè có W1= 60%:

o n

W W







1 1

khối lượng riêng của nước :n = 998 kg/m3

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

thay vào công thức ta được:

 : thời gian sấy

B: chiều rộng băng, m

Lb: chiều dài băng tải, m

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

Lb = V B





1 = 8,0202,0302,5 = 68,35  69 m

 Ta chia băng tải thành nhiều băng tải ngắn

Số tầng băng tải chọn là i = 3

Chiều dài của mỗi băng tải là: lb = 693 = 23 m

2 Tính con lăn đỡ băng:

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

lt = A – 0,625B (5.8[2])

A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu

 = 57,91< 1000 kg/m3  A= 1750mm

Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x 2 = 0,45 m

 Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải:

lo = 2lt = 2 x 0,45 = 0,9 m

 Số con lăn bằng:

Nhánh không tải: n1=

Làm bằng thép CT3

 Kích thước bánh lăn:

Đường kính 300mm = 2

Chiều dài 2000mm

Làm bằng thép CT3

II KÍCH THƯỚC THÂN THIẾT BỊ

- tường xây bằng gạch, bề dày tường 1= 250 mm

Tường được phủ lớp cách nhiệt 2 = 50 mm

- trần đổ bêtong dày 3 = 100 mm

có lớp cách nhiệt 4 = 50 mm

Chiều dài hầm: L = 24 + 2x(0,1+0,25) = 24,7m

Chiều rộng hầm: B = 2,6 + 2x(0,05+ 0,25) = 3,2m

Chiều cao hầm: H = 4,5 + 0,1 + 0,05 = 4,65 m

 Tính vận tốc dòng khí trong quá trình sấy lí thuyết:

td k

F

V0





với k: vận tốc TNS trong hầm sấy

Vo: lưu lượng thể tích TNS

Ftd: tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải:

Ftd= Bhd = 2,6x0,9 = 2,34 m2

Lưu lượng thể tích tại điểm B và Co

Tác nhân sấy trong quá trình sấy thực sẽ có tốc độ lớn hơn ta giả sử k = 1,5 m/s

III ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI

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

 Vận tốc băng tải:

038 0 3600 5

038 0 60

,

, D

a) Chọn động cơ điện:

Để chọn động cơ điện, tính công suất cần thiết:

= 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

Để đảm bảo cho băng tải trên cùng quay đúng vận tốc đặt ra ta phải nhân thêm 0,942 vàohiệu suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải)

604 0 94 0 927

0

495 0

, ,

,



 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:

42 2

, n

n i

g tan



i = ibnibt

ibn: tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh

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

87 17 65 16

52

,

, i

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

n

N)(

826 42

2

025 1

Theo bảng 5.1[9], ta chọn D1 = 900 mm

100060

900143422100060

1 1

Nằm trong phạm vi cho phép <30 m/s

 Đường kính bánh đai bị dẫn

D2 = iD1 = D1 vì tỉ số truyền bằng 1

n1 = n2 = 2,42 vòng/ph

 Chiều dài đai

Khoảng cách trục A = 1,26 m

Chiều dài đai:

A

)DD()DD(A

L

42

2

2 1 2 2 1

 Định tiết diện đai:

Chiều dày đai 401

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

Lấy ứng suất căng ban đầu o  1 , 8N/mm2

5 13

495 0 1000 1000

C C C ] [

v

N b

b v t o

tra bảng 5-4[9] ta chọn b = 175mm

 Định chiều rộng bánh đai (bảng 5-10[9]) B= 200 mm

 Lực căng ban đầu:

5 4252 175

5 13 8

757 12 2

180 2525

4 3 2

495 0

,

,

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

157 6

300 14 3







CÂN BẰNG NHIỆT

=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:

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

(theo TL [1] thì đối với vật liệu thực phẩm thì Cvl = 1,2 –1,7 kJ/kgđộ)

Ca : nhiệt dung riêng của nước

200

2. Tổn thất để đun nóng bộ phận vận chuyển chiếm khoảng 2%q o

 qvc = 2%qo = 0,02 x 3220,474 = 64,409 kJ/kg ẩm

3 Nhiệt tổn thất ra môi trường:

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bao gồm:

 Nhiệt tổn thất qua tường: qt

 Nhiệt tổn thất qua trần: qtr

 Nhiệt tổn thất qua nền: qn

 Nhiệt tổn thất qua cửa: qc

 Nhiệt tổn thất do mở cửa: qmc

 Nhiệt tổn thất động học: qđh

 qxq = qt + qtr + qn + qc + qmc + qđh

3.1 Tổn thất nhiệt qua tường:

Giả thiết quá trình truyền nhiệt từ TNS ra ngoài không khí là truyền nhiệt biến thiên ổnđịnh, nghĩa là nhiệt độ TNS thay đổi theo không gian chứ không thay đổi theo thời gian

2 1

1 1

τ

α

1λ

δλ

δα

1

1Κ

1: hệ số cấp nhiệt từ TNS vào tường, W/m2.độ

2: hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài hầm sấy ra môi trường, W/m2.độ

i : hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu làm tường, W/mđộ

Tường gồm 2 lớp:

- một lớp gạch 1= 250mm

- một lớp cách nhiệt 2= 50mm (bông thuỷ tinh)

Tra bảng T416, TL [5] ta được: 1 = 0,77 W/m2độ

2 = 0,058 W/m 2độ

a) Tính hệ số cấp nhiệt  1 :

1 = A(’ 1 +  ” 1) W/m 2độ (VI-38[3])

với A = 1,2 –1,3 : hệ số tùy thuộc chế độ chuyển động của khí Ơû chế độ chảy xoáy vàtường nhám A= 1,2

’1: hệ số cấp nhiệt của không khí chuyển động cưỡng bức, W/m 2độ

”1: hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiện, W/m 2độ

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

t : hệ số dẫn nhiệt của không khí ở nhiệt độ trung bình, W/mđộ

ttb = 40 2100= 70oC

t = 0,0297 , W/m2độ

Nu1’= c Ren (VI- 41[3])

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

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 : đường kính tương đương của hầm sấy

dtđ =

h h

h h

 Tính hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động tự nhiên:

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

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

Các thông số sử dụng trong công thức tính Gr lấy theo nhiệt độ của màng tm

tm =

2

1 T

6 20

029 1 5 0 5 4 81

9

3 6

2 3

(

, , ,

CT = 1010 J/kgđộ

Pr =

0297 0

10 6 20

2 = 2’ + 2”

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

2”: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ tường ngoài của hầm sấy ra môi trường

4 4

2 2

1

100100

TT

])

T()

T[(

C

T

t T

TT2: nhiệt độ của tường hầm sấy phía tiếp xúc với không khí bên ngoài

Tt = 25 + 273 = 298 K : nhiệt độ của tường phân xưởng

T2 = 25 + 273 = 298 K : nhiệt độ của không khí bên ngoài

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

298 302

100

298 100

302 15

1 058 0

05 0 77 0

25 0 024

53

1

1

,

,

, ,

c) Kiểm tra giả thiết về nhiệt độ:

Bằng cách kiểm tra nhiệt tải riêng q1 và q2:

100497

29

1282949729100

q

q

q

= 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 giảthiết ban đầu

tT1 = ttb -

1



 t )t

(

Kt tb k

= 25 + 0,7457(,28270 25) = 29,602oCvới tk: nhiệt độ không khí trong phân xưởng

Kiểm tra sai số:

% ,

% ,

, ,

108 0 100 45

69

375 69

%

,

076 2 100 29

Vậy giả thiết ban đầu có thể chấp nhận được

d) Tính nhiệt tổn thất qua tường:

tFK

q t t tb

t , kJ/kgẩm (VI-62[3])

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

c đ

c đ

tb

t

tln

tt

3600 28

37 216 745

3.2 Nhiệt tổn thất qua trần hầm sấy:

Qúa trình cấp nhiệt cho trần hầm sấy tính toán giống như tường hầm sấy nhưng lại là tườngnằm ngang:

2 2

δλ

δα

1

1Κ

Trần gồm 2 lớp:

Lớp cách nhiệt dày 2 = 50mm, 1 = 0,058W/m2 độ theo T416 TL[5]

Lớp bêtông dày 2 = 100mm, 2 = 1,28 W/m2 độ

a) Tính hệ số cấp nhiệt  1 :

Công thức