Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy phun dịch chanh dây với năng suất nhập liệu 250 Kg.h1

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc TuyếtTrang 4 1.1.6 Các sản phẩm từ chanh dây Ở nhiều quốc gia, chanh dây được sử dụng để làm bánh ngọt, kem, kẹo, hoặc làm nước số

Trang i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo Đồ án Quá trình và thiết bị - CNHH “Thiết kế hệ thống sấy phun dịch chanh dây với năng suất nhập liệu 250 Kg.h-1” Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Ngô Trương Ngọc Mai, người đã giành thời gian để hướng dẫn và góp ý cho từng bước chuẩn bị

Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô Bộ môn Công nghệ hóa học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để em thực hiện đồ án Ngoài ra, em cũng cảm ơn bạn bè, người thân đã

hỗ trợ, động viên về mặt tinh thần, tạo động lực giúp em hoàn thành đồ án này

Trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng, nghiêm túc tối đa nhưng do kiến thức còn hạn chế nên em không tránh khỏi việc sai sót Em tin tưởng rằng với kết quả đạt được sẽ có những ứng dụng hiệu quả, thiết thực trong công nghiệp đời sống Em rất mong nhận được sự đóng góp quí báo từ quí thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn nữa

Sinh viên thực hiện

Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

LỜI MỞ ĐẦU v

DANH SÁCH HÌNH vi

DANH SÁCH BẢNG vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1

Tổng quan về nguyên liệu 1

1.1 Tìm hiểu về nguyên liệu chính 1

1.1.1 Phân loại 1

1.1.2 Phân bố 2

1.1.3 Thành phần 2

1.1.4 Ứng dụng 3

1.1.5 Các sản phẩm từ chanh dây 4

1.1.6 Tổng quan về công nghệ sấy phun 4

1.2 Sấy và sấy phun 4

1.2.1 Nguyên lý của phương pháp sấy phun 5

1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống 7

1.2.3 CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9

Sơ đồ quy trình công nghệ 9

2.1 Thuyết minh quy trình công nghệ 10

2.2 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12

Thông số ban đầu 12

3.1 Cân bằng vật chất 12

3.2 Các trạng thái không khí 12

3.3 Tính quá trình sấy lý thuyết 12

3.3.1 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 16

Tính toán thiết bị chính 16 4.1

Trang iii

Đường kính trung bình của vật liệu sấy 16

4.1.1 Xác định đường kính thiết bị chính .17

4.1.2 Tính bền của thiết bị .20

4.2 Tính cân bằng năng lượng 22

4.3 Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy lý thuyết 22

4.3.1 4.3.1 Tổn thất nhiệt tháp sấy 23

Quá trình sấy thực 26

4.4 Tính toán 26

4.4.1 Tổn thất nhiệt quá trình sấy thực 27

4.4.2 Chọn đáy thiết bị 28

4.5 Chọn nắp thiết bị 28

4.6 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 30

5.1 Tính toán thiết bị truyền nhiệt (Calorifer) 30

Khói lò 30

5.1.1 Không khí 32

5.1.2 Tính và chọn cylon lắng 33

5.2 Chọn cửa quan sát 34

5.3 Ống dẫn 35

5.4 5.4.1 Ống nhập liệu 35

5.4.2 Ống thải khí 35

Hệ đỡ cho thiết bị 35

5.5 5.5.1 Khối lượng thép thành thiết bị 35

5.5.2 Khối lượng lớp bảo ôn 35

5.5.2 Khối lượng lớp bảo vệ 36

Tính trở lực và chọn quạt 37

5.6 5 6.1 Tính trở lực 37

5 6.2 Tính và chọn quạt 40

Trang iv

Tính và chọn bơm cao áp 405.7

CHƯƠNG 6 HIỆU QUẢ KINH TẾ 42TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

Trang v

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, cùng với sự phát triển về khoa học kỹ thuật ở nước ta nói

riêng và trên thế giới nói chung có những chuyển biến rõ rệt đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Theo đó, xã hội phát triển thì nhận thức con người về nhu cầu ăn uống, chăm sóc bản thân cũng ngày càng cao

Để đáp ứng điều đó, con người đang tìm đến những sản phẩm mang tính tự nhiên, đa dạng về chủng loại và mẫu mã Tuy nhiên, có một bất lợi tương đối lớn đối với các sản phẩm

tự nhiên, nhất là các sản phẩm ngành thực phẩm là các sản phẩm dạng dịch lỏng như sữa, nước ép trái cây, cà phê rất dễ bị tác động bởi các yếu tố môi trường và vi sinh vật, dẫn đến việc bảo quản khó khăn và thời gian bảo quản tương đối ngắn Vì vậy việc nghiên cứu công nghệ sấy nông sản có ý nghĩa quan trọng đối với ngành công nghiệp và nông nghiệp nước nhà

Do đó em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy phun dịch chanh dây với năng suất nhập liệu 250 Kg.h-1”

Cần Thơ, ngày 24 tháng 12 năm 2020 Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang vi

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1-1 Chanh dây vàng và chanh dây tím 2

Hình 1-2 Nước ép chanh dây 3

Hình 1-3 Sản phẩm chanh dây sấy dẻo và bột chanh dây hòa tan 4

Hình 1-4 Cơ cấu phun áp lực (trái) và cơ cấu phun bằng khí động (phải) 5

Hình 1-5 Mô phỏng buồng sấy 6

Hình 1-6 Sơ đồ hệ thống sấy phun 7

Hình 2-1 Sơ đồ quy trình công nghệ 9

Hình 2-2 Quy trình công nghệ hệ thống sấy phun dịch chanh dây 10

Trang vii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3-1 Bảng giá trị thông số ban đầu 14

Bảng 3-2 Thông số của vật liệu sấy 14

Bảng 3-3 Thông số của tác nhân sấy 14

Bảng 3-4: Tác nhân sấy cần thiết 15

Bảng 4-1 Thành phần của dịch chanh dây cô đặc với lượng ẩm 60% 16

Bảng 4-2 Các thông số của thép INOX 304 [12] 23

Bảng 4-3 Các tổn thất nhiệt sấy lý thuyết 23

Bảng 4-4 Các tổn thất nhiệt sấy thực 23

Bảng 4-5 Bảng thông số đáy của thiết bị 28

Bảng 5-1 Thông số ống truyền nhiệt 30

Bảng 5-2: Thông số không khí khô trong calorifer 30

Bảng 5-3 Kích thước cơ bản cylon 34

Bảng 5-4 Thông số cho một tai treo 34

Bảng 6-1 Chi phí thiết bị 42

Bảng 6-2 Thông số thiết bị 44

Trang 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Tổng quan về nguyên liệu

Chanh dây (Passion fruit) hay còn gọi là chanh leo, dây mát, chùm bao trứng, cây mắc mát… là loại cây leo nhiệt đới có dây leo mảnh, dài hàng chục mét, có nguồn gốc từ Brazil, sau đó được mang sang Châu Âu và Úc từ thế kỷ XIX, là loài cây ăn trái có triển vọng ở các nước đang phát triển hiện nay Ở Việt Nam, chanh dây được nhập vào miền Bắc vào khoảng những năm 90 và những năm gần đây đã được áp dụng trồng ở Đồng Bằng Sông Cửu Long để cung ứng cho thị trường tiêu dùng Chanh dây phát triển ở tốt ở nơi có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, không kén đất trồng, nhiệt độ thích hợp để cây phát triển từ 15 – 30 ℃, có đủ ánh sáng [1]

Chanh dây là loại quả đang được tiêu thụ mạnh trên thị trường hiện nay Việc trồng chanh dây chi phí tương đối thấp, thời gian phát triển của cây cũng không quá dài, cây cho quả quanh năm vì thế mang lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao

Phân loại 1.1.2

Có hai loại được trồng điển hình ở Việt Nam [1]

- Chanh dây vàng: quả lớn như quả bưởi chùm, vỏ nhẵn bóng, màu vàng nhạt, vị chua

- Chanh dây tím: quả màu đỏ tía, quả lớn gần bằng quả chanh tây, vị ít chua hơn giống chanh dây vàng, mùi thơm hơn Thích hợp với vùng có khí hậu mát mẻ, nhiệt

độ trung bình từ 18 – 20 ℃, có khả năng cho trái quanh năm, năng suất cao

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 2

Hình 1-1: Chanh dây vàng và chanh dây tím

Phân bố 1.1.3

Là loại cây có năng suất cao nên chanh dây được trồng khá phổ biến trên thế giới, diện tích trồng khoảng 4500 ha, phần lớn tập trung ở Nam Mỹ

Ở Việt Nam, tại Đức Trọng (Lâm Đồng), giống chanh dây tím có tên khoa học là Passflora Edulis được nhập khẩu từ Đài Loan có khả năng xuống giống bất kỳ thời gian nào trong năm được trồng rộng rãi Năng suất trung bình của các hộ trồng chuyên tại đây có thể đạt từ 40 – 50 tấn/ha, nếu thời tiết thuận lợi và điều kiện chăm sóc tốt hơn thì có thể đạt đến 80 – 100 tấn/ha

Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, chanh dây được trồng rải rác tại Cần Thơ, Tịnh Biên – An Giang, Hòn Đất – Kiên Giang Ở Tiền Giang có khoảng 400 ha đất trồng chanh dây, chủ yếu ở các huyện như Cái Bè, Cai Lậy, Chợ Gạo , năng suất bình quân thu hoạch mỗi vườn từ 60 – 70 tấn/ha/năm Ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, tại trại giống Đồng Tâm, giống chanh dây vàng được trồng cũng cho trái rất sum suê Tại huyện Hóc Môn, xí nghiệp Delta cũng trồng khoảng 200 ha giống chanh dây vàng được nhập khẩu từ Brazil, nhằm cung cấp quả cho các nhà máy chế biến đồ hộp xuất khẩu

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 3

1.1.5 Ứng dụng

Theo nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy trong dịch chanh dây có chứa rất nhiều dưỡng chất như vitamin A, C, sắt, kali, các chất dinh dưỡng khác và các hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe Hạt chanh dây cũng là một nguồn chất xơ tuyệt vời, cùng với chất cơm nhầy bao quanh hạt tạo nên mùi thơm đặc biệt cho chanh dây [3].Nước ép từ cơm quả chanh dây có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư nhờ những hợp chất phytochemical tìm thấy trong cơm quả Các phenolic acid và hợp chất flavonoid tìm thấy có tác dụng ngăn ngừa bệnh tim mạch và chống nhiễm trùng Các chất tan trong nước cũng như tan trong dầu có tác dụng chống oxy hóa tế bào, tăng cường miễn dịch và chống lão hóa Trong dịch chanh dây có chứa nhiều loại đường, nhưng chủ yếu là đường đơn, cung cấp được năng lượng cho cơ thể nhưng không gây nguy hiểm cho người bị bệnh tiểu đường Dịch chanh dây có chứa hợp chất sterol thực vật nên không làm tăng cholestorol trong máu Ngoài ra nguồn vitamin và chất xơ dồi dào có trong chanh dây rất thích hợp với người đang trong chế

độ giảm cân vì nó hỗ trợ gia tăng sức khỏe nhưng không gây béo phì Bên cạnh đó, chanh dây còn là một liều thuốc an thần hiệu quả cho người bị mất ngủ Theo nhiều nghiên cứu, nước ép chanh dây có tác dụng an thần, làm giảm đau đầu, giảm căng thẳng thần kinh, huyết áp tăng cao, giảm sự nóng nảy ở phụ nữ tiền mãn kinh Người

bị mất ngủ, uống nước chanh dây trước khi ngủ giúp cơ thể thư giãn, dễ tìm đến giấc ngủ hơn Chanh dây được đưa vào danh sách thuốc hạ nhiệt an thần tốt và đã được bào chế thành dạng thuốc viên [3, 4]

Hình 1-2: Nước ép chanh dây

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 4

1.1.6 Các sản phẩm từ chanh dây

Ở nhiều quốc gia, chanh dây được sử dụng để làm bánh ngọt, kem, kẹo, hoặc làm nước sốt ăn kèm Còn ở nước ta, chanh dây được sử dụng làm mứt và nước giải khát

Có nhiều loại sản phẩm được làm ra từ chiết xuất dịch chanh dây gần đây như nước cốt chanh dây, dịch lên men chanh dây, bột chanh dây… Trong đó, bột chanh dây là một sản phẩm tiềm năng do ưu điểm của sản phẩm là gọn nhẹ, dễ sử dụng và bảo quản

Hình 1-3: Sản phẩm chanh dây sấy dẻo và bột chanh dây hòa tan

Tổng quan về công nghệ sấy phun 1.2

Sấy và sấy phun

1.2.1

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng nhiệt [5] Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

- Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc chuyển nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát được nhiệt độ và định dạng hạt của sản phẩm một cách dễ dàng và chính xác [5] Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu, giúp tăng độ bền và khả năng bảo quản của vật liệu Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột sữa…, các chế phẩm sinh học, dược liệu…

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 5

Nguyên lý của phương pháp sấy phun

1.2.2

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù

đã được cô đặc trước (nồng độ từ 40 – 60%) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong lòng dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều với nhiệt độ trong khoảng 150 – 300℃ trong buồng sấy lớn Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng, các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng

Cấu tạo của máy sấy phun bao gồm các bộ phận sau [5, 6]:

a Cơ cấu phun

Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng sấy dưới dạng hạt mịn (phun sương mù) Quá trình phun sương mù sẽ quyết định kích thước của các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

Hình 1-4: Cơ cấu phun áp lực (trái) và cơ cấu phun bằng khí động (phải)

b Buồng sấy

Buồng sấy là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) với tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là dạng hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức

là phụ thuộc vào cơ cấu phun đã chọn

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 6

Hình 1-5: Mô phỏng buồng sấy

Tác nhân sấy: không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất Nhiệt độ hơi dao động từ 150 – 250℃

Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được phải thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là 10℃

c Hệ thống thu hồi sản phẩm

Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện…

Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon

d Quạt

Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng thêm quạt ly tâm Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát ra Còn quạt phụ được đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy

Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể dễ dàng kiểm soát

áp lực trong buồng sấy Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau xyclon thu hồi sản phẩm, buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao Chính áp lực chân không này sẽ làm ảnh hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu suất thu hồi bột sản phẩm của cyclon

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 7

1.2.3 Nguyên tắc hoạt dộng của hệ thống

Hình 1-6: Sơ đồ hệ thống sấy phun

Nguyên liệu từ thùng chứ (3) được bơm (4) bơm vào buồng sấy (1), khi vào buồng sấy được phân bố thành các hạt nhỏ li ti dạng sương mù nhờ cơ cấu phun Một lít dung dịch có thể được phun thành 1,5×1010 giọt với tổng bề mặt lên đến 120m2 Không khí nóng thổi qua calorifer (2) đưa vào buồng sấy không khí nóng và nguyên liệu ở dạng mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) được đặt trong buồng sấy, nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sản phẩm khô được được thu gom tại đáy cyclon (7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi các bột bụi mịn còn sót lại và thải ra ngoài

Không khí nhờ quạt thổi qua bộ trao đổi nhiệt calorifer và nâng lên nhiệt độ cần thiết theo yêu cầu của chế độ sấy Không khí trước khi được đưa vào bộ trao đổi nhiệt được lọc sạch bởi cyclon lọc bụi

a Phân loại thiết bị sấy phun:

Phân loại theo chiều của tác nhân sấy: cùng chiều, ngược chiều, kết hợp

Phân loại theo cấp độ sấy: sấy một cấp và sấy hai cấp

b Ưu nhược điểm của công nghệ sấy phun:

*Ưu điểm:

- Quá trình sấy nhanh

- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90 – 100 %), độ ẩm thấp (2 – 4 %)

- Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn

Chương 1 Tổng quan về nguyên liệu SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 8

- Chi phí nhân công thấp

- Vận hành và bảo dƣỡng dễ dàng

- Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại quy mô nhà máy

- Áp dụng đƣợc cho các sản phẩm bên nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, hồ vữa, huyền phù…

Chất lƣợng bột đƣợc đảm bảo trong suốt quá trình sấy

- Vật liệu hầu nhƣ không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị

*Nhƣợc điểm:

- Chi phí đầu tƣ cao

- Yêu cầu về độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng

- Chi phí năng lƣợng cao hơn (dễ tách ẩm)

- Thất thoát chất dễ bay hơi cao hơn

Trang 9

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thuyết minh quy trình công nghệ

Cô đặc

Sấy phun

Đường

Chương 2 Quy trình công nghệ SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 10

Sơ đồ quy trình công nghệ 2.2

Hình 2-2 Quy trình công nghệ hệ thống sấy phun dịch chanh dây

Chú thích: 1 – Thùng chứa nhập liệu, 2 – Bơm cao áp, 3 – Thùng cao vị chứa

nhập liệu, 4 – Buồng sấy, 5 – Vòi phun, 6 – Kính quan sát, 7 – Quạt, 8 – Cylon thu

hồi bột, 9 – Thiết bị trao đổi nhiệt (calorifer), 10 – Thùng chứa sản phẩm, 11 – Cylon lọc bụi 12 – Thiết bị đóng gói sản phẩm, 13 – Xe vận chuyển, 14 - Thiết bị cô đặc

Thuyết minh QTCN

Chanh dây sau thu hoạch và được vận chuyển đến nhà máy Hàng loạt quả chanh dây được làm sạch và xử lý sơ bộ Chúng được đưa qua thiết bị cán ép lấy nước, loại bỏ bã chanh dây và đi đến nồi cô đặc (14) Dịch chanh dây sau quá trình cô đặc có nồng độ 40% được đưa vào và giữ trong thùng chứa nhập liệu (1) sau đó được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) chứa nhập liệu và tiếp tục bơm vào tháp sấy (4), nhờ lưu lượng kế và van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng nhập liệu vào tháp ổn định thích hợp Dung dịch nhập liệu vào tháp sấy dưới dạng sương mù nhờ vòi phun áp lực (5) Tác nhân sấy của quá trình là không khí nóng có nhiệt độ ban đầu là 30 ℃, độ ẩm 85% qua cyclon lọc bụi (11) được quạt (7) hút đưa vào calorifer (9) Qua calorifer, không khí được gia nhiệt lên đến 175 nhờ tác nhân tải nhiệt là khói lò Không khí

Chương 2 Quy trình công nghệ SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 11

sau khi gia nhiệt được đưa vào tháp sấy theo phương tiếp tuyến với thiết bị để tạo dòng khí chuyển động xoắn ốc từ dưới lên trên, nhờ vòi phun không khí sẽ phân tán đều trong tháp và tiếp xúc với vật liệu sấy tốt hơn Không khí nóng tiếp xúc và bao lấy các giọt lỏng theo hướng ngược nhau dẫn đến các giọt này bị tách ẩm nhanh chóng và hình thành các hạt bột rắn di chuyển xuống dưới đáy tháp, nhờ van quay đưa xuống thùng chứa sản phẩm (10) Bột chanh dây sau khi thu hồi có nhiệt độ 55 , độ ẩm 2% qua thiết bị phân phối sản phẩm (12) đóng gói lên xe vận chuyển (13) Không khí sau khi trao đổi nhiệt với dịch phun sẽ được quạt (10) hút ra ngoài

Trang 12

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Thông số ban đầu 3.1

Bảng 3-1 Bảng giá trị thông số ban đầu

Nhiệt độ vật liệu sau sấy t

Cân bằng vật chất 3.2

Trong quá trình sấy hàm lượng chất khô trong nguyên liệu không thay đổi Năng suất sản phẩm được tính theo công thức 7.3 (trang 127) [7]:

Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy được tính theo công thức 7.1 (trang 127) [7]:

W = G1 – G2 = 250 – = 147,959 (kg.h-1

)

Các trạng thái không khí 3.3

Tính quá trình sấy lý thuyết

3.3.1

Áp suất khí trời: P = 760 mmHg = 1,013 bar Chọn nhiệt độ môi trường to = 30

℃, ta có áp suất hơi bão hòa tính theo công thức 2.31 (trang 30) [7]:

(

) (

) Tương tự Pbh1 = 8,957 (bar), Pbh2 = 0,197 (bar)

Chương 3 Tính toán cân bằng vật chất SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 13

Cpk ≈1,004 (kj.kgkk-1

) là nhiệt dung riêng của không khí khô

Cph ≈ 1,842 (kj.kgkk-1) là nhiệt dung riêng của hơi nước

Nhiệt dung riêng dẫn xuất của không khí

Độ chứa hơi tính theo công thức 2.18 (trang 28) [7]:, với φ0 = 0,85%:

Enthanpi của không khí khi vào thiết bị tính theo công thức2.25 (trang29) [7]: I0 = 1,004 × t0 + (2500 + 1,842 × t0) × d0 = 1,004 × 30 + (2500 + 1,842 × 30) × 0,023 = 88,462 (kj.kgkkk-1) Trạng thái không khí sau khi qua calorifer: d1 = d0 = 0,0228 (kgẩm.kgkkk-1) I1 = 1,004 × t1 + (2500 + 1,842 × t1) × d1 = 1,004 × 175 + (2500 + 1,842 × 175) × 0,023 = 240,140 (kj.kgkkk-1) Độ ẩm tương đối tính theo công thức 2.19 (trang 28) [7]:

Trạng thái không khí sau khi sấy lý thuyết: I1 = I2 = 240,140 (kj.kgkkk-1) Độ chứa hơi nước của không khí sau quá trình sấy:

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm tính theo công thức 7.14 (trang 131) [7]:

Chương 3 Tính toán cân bằng vật chất SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 14

Lƣợng không khí khô tiêu hao trong quá trình sấy:

Nhiệt lƣợng tiêu hao cho 1 kg ẩm tính theo công thức 7.16 (trang 131) [7]: Nhiệt lƣợng tiêu hao cho cả quá trình:

Nhiệt độ trung bình trong tháp sấy:

Khối lƣợng riêng không khí khô ở nhiệt độ trung bình: tra bảng Thông số vật lý của không khí khô [8]:

Bảng 3-2 Thông số của vật liệu sấy

G1: Khối lƣợng vật liệu vào buồng sấy 250 kg.h-1G2: Khối lƣợng vật liệu ra khỏi buồng sấy 102,041 kg.h-1

Độ ẩm

(%)

I (kj.kgkkk -1 )

Chương 3 Tính toán cân bằng vật chất SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Trang 16

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Tính toán thiết bị chính 4.1

Bảng 4-1 Thành phần của dịch chanh dây cô đặc với lượng ẩm 60%

Thành phần Phần trăm khối lượng

(%)

Khối lượng riêng (g.cm -3 )

không khí khô [8], tại: ttb = 117,5 có: ρkk = 0,887 kg.m-3

Đường kính trung bình của vật liệu sấy 4.1.1

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

Chọn đường kính lỗ phun( vòi phun cao áp) là dc = 1,61 10-3 (m), góc phân tán α =90 [10]

Trong đó Reynolds b là hệ số phụ thuộc cấu tạo của vòi phun và được xác định qua các công thức sau:

Chương 4 Tính toán thiết bị chính SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

C1 = 4190 − (2514 − 7.542t) A1

= 4190 – (2514 − 7.542 30) 40%= 3,275 (kj.(kg.độ)-1

) C2 = 4190 − (2514 − 7.542t) A2

= 4190 – (2514 − 7.542 55) % = 2,133 (kj.(kg.độ) -1

) r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, r = 2159 (kj.kg-1)

Ctb: nhiệt dung riêng trung bình, Ctb = 2,704 (kj.(kg.độ) -1)

C1,C2 nhiệt dung riêng của vật liệu sấy Tại thời điểm tvl1, tvl2

A1, A2 nồng dộ trước và sau khi sấy

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy tính theo công thức I.50 (trang 154) [9]

Chương 4 Tính toán thiết bị chính SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Đường kính thiết bị:

DT = (1,5 ÷ 1,7) × 2 × Rp Chọn DT = 1,5

 DT = 1,5 2 0,511 = 1,534(m) Chọn đường kính tháp phun DT = 1,6 (m)

Xác định chiều cao tháp sấy

Trong đó:

Tư: nhiệt độ bầu ướt; Tư = 26 (tra từ giản đồ không khí ẩm) [8]

Kiểm tra lại vận tốc của không khí so với lựa chọn ban đầu

Đối với sấy phun bằng vòi phun cao áp:

Ta có:

Tiết diện tháp sấy:

Chương 4 Tính toán thiết bị chính SVTH: Vương Thị Ngọc Tuyết

Như vậy việc lựa chọn vận tốc chuyển động trong tháp như giả thuyết là tương đối hợp lý

Tính tốc độ lắng của hạt trong buồng sấy bằng công thức Stoke:

Chuẩn số Ar được tính theo công thức:

Giá trị Cd, Re được tính bằng cách giải hệ sau:

{

Do tác nhân sấy và vật liệu sấy ngược chiều nhau, nên vận tốc thực của không khí chuyển động trong tháp:

Thời gian sấy:

(Xem một cách gần đúng, tốc độ của vật liệu sấy rơi trong thiết bị bằng với vận tốc chuyển dộng của không khí trong tháp)