Tính toán, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh năng suất 100kggiờ

Được sự đồng ý của bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại học Nông Lâm TPHCM, chúng em đã thực hiện đề tài: “tính toán, thiết kế máy sấy băng tải dùng để sấy chè x

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY BĂNG TẢI DÙNG ĐỂ SẤY TRÀ XANH NĂNG SUẤT 100 kg/GIỜ

Giáo viên hướng dẫn:

TS NGUYỄN HUY BÍCH

Tháng 6 năm 2011

nay, đã cổ vũ cho chúng con về mặt tinh thần.

Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, trường Cao đẳng Kinh Tế - Công nghệ Bảo Lộc đã tạo điều kiệncho chúng em thực hiện để tài này

TP.HCM, ngày 6/6/2011 Sinh viên thực hiện

Võ Lê Hải Đăng Nguyễn Minh Tâm

Kết quả thu được:

công suất khác nhau

thống có các thông số cơ bản như sau:

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích 1

Chương 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Tra cứu tài liệu: 3

2.1.1 Tìm hiểu về cây chè: 3

2.1.2 Tình hình sản xuất chè: 4

2.2 Sơ lược về lý thuyết sấy: 6

2.3 Quy trình chế biến chè và kỹ thuật sấy chè thường gặp 7

2.3.1 Quy trình chế biến chè xanh 7

2.3.2 Quy trình chế biến chè đen 9

Chương 3 12

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

3.1 Nội dung nghiên cứu: 12

3.2 Địa điểm nghiên cứu 12

3.3 Thời gian nghiên cứu 12

3.4 Phương pháp nghiên cứu: 12

Chương 4 13

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13

4.1.1 Nhà máy chế biến chè đen: 13

4.1.2 Nhà máy chế biến chè xanh: 17

4.2 Tính toán, thiết kế máy sấy băng tải sấy chè xanh năng suất 100 kg/h 21

4.2.1 Chọn chế độ sấy 21

4.2.2 Thông số TNS truớc quá trình sấy 21

4.2.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 21

4.2.4 Tính toán băng tải 24

4.2.5 Tính toán buồng sấy 26

4.2.6 Tính toán tổn thất nhiệt: 27

4.2.7 Cân bằng nhiệt ẩm của quá trình sấy thực 32

4.3 Tính toán thiết kế thiết bị phụ 34

4.3.1 Thiết kế bộ gia nhiệt 34

4.3.2 Thiết kế buồng đốt: 38

4.3.3 Tính toán chọn quạt 39

4.3.4 Bộ phận cấp và thoát liệu: 41

Chương 5 42

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 42

5.1 Kết luận 42

5.2.Đề xuất ý kiến 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

q : Mật độ dòng nhiệt (kJ/kg ẩm)

Hình 4.8 Chè đã được cắt nhỏ và nhuyễn 15

Từ những tồn tại trong thực tế sản xuất chè theo quy mô hộ gia đình và nhóm hộkinh doanh sản xuất chè, và nhằm giải quyết đầu ra trong mùa vụ, cần có các thiết bị chếbiến chè quy mô vừa và nhỏ, trong đó sấy khô chè là khâu rất quan trọng.

Công nghệ sấy băng tải là một công nghệ sấy với chi phí sấy thấp và giá trị đầu tưkhông cao Ưu điểm của sấy băng tải là thời gian sấy nhanh, chất lượng sản phẩm đượcđảm bảo Chọn sấy băng tải là phương pháp giải quyết bài toán mùa vụ và tiêu thụ sảnphẩm chè, sẽ là một hướng đi tích cực cho ngành chè

Được sự đồng ý của bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí Công Nghệ

trường Đại học Nông Lâm TPHCM, chúng em đã thực hiện đề tài: “tính toán, thiết kế

máy sấy băng tải dùng để sấy chè xanh năng suất 100kg/giờ” dưới sự hướng

dẫn của thầy TS Nguyễn Huy Bích

1.2 Mục đích

 Điều tra, khảo sát một số máy sấy chè tại khu vực Bảo Lộc nhằm làm cơ sở choviệc tính toán, thiết kế máy sấy băng tải (MSBT) dùng để sấy chè xanh năng suất 100 kg/giờ.

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Tra cứu tài liệu:

2.1.1 Tìm hiểu về cây chè:

Ở Việt Nam

Ngành chè là ngành có ý nghĩa xã hội đặc biệt to lớn, thu hút được một lực lượnglao động khoảng hơn 6 triệu người ở 34 tỉnh trên cả nước, đặc biệt là nông dân nghèo ởcác tỉnh miền núi Hiện tại, Việt Nam đã xuất khẩu chè tới 118 quốc gia và vùng lãnhthổ Việt Nam cũng là nước xuất khẩu chè lớn thứ 5 trên thế giới, chất lượng chè nguyênliệu của chúng ta cũng luôn được đánh giá cao với nhiều giống chè quý Tuy nhiên, giáchè xuất khẩu bình quân của Việt Nam chỉ ở mức khoảng 1.100 USD/tấn, trong khi giábình quân trên thị trường thế giới là 2.200 USD/tấn Chưa kể, một số khách hàng củangành chè Việt Nam tại Anh, sau khi mua chè nguyên liệu về chế biến đã bán ra với giákhoảng 9.800 USD/tấn, trong khi đó, hiện nay hơn 90% lượng chè của chúng ta vẫn xuấtkhẩu thô ở dạng nguyên liệu, có rất ít các doanh nghiệp đầu tư vào thương hiệu, đónggói gia tăng giá trị cho chè để phân phối tới tay người tiêu dùng

Ở Bảo Lộc

Cây chè có một lịch sử khá lâu đời tại Bảo Lộc (trên 100 năm) đã khẳng định ưuthế tuyệt đối mặc dù có những bước thăng trầm nhất định do nhiều yếu tố khác nhau.Cho đến nay, cây chè Bảo Lộc vẫn tiếp tục phát triển về diện tích và sản lượng Năm

2010, Bảo Lộc có 8.743ha chè với sản lượng 45.311 tấn chè búp tươi, trong đó khu vựcquốc doanh chiếm gần 20% diện tích và 70% công suất chế biến Ở Bảo Lộc đã hìnhthành vùng sản xuất tập trung chuyên môn hoá cao, gắn được sản xuất nguyên liệu vớicông nghiệp chế biến, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng trong và ngoài nước Cây chèBảo Lộc gần như chiếm vị trí độc quyền ở các tỉnh phía Nam Thị trường xuất khẩu chèđược tiếp tục mở sang các nước Cộng hoà Liên bang Nga, Pháp, châu Á - Thái BìnhDương, Ấn Độ, Xin-ga-po, Hồng Công, Đài Loan, Ả Rập,

Hình 2.1 Búp chè Hình 2.2 Nông dân thu hoạch chè

2.1.2 Tình hình sản xuất chè:

Tại hội thảo khoa học biện pháp nâng cao chất lượng chè tổ chức tại TP Bảo Lộcvào ngày 26/12/2010, Hiệp hội chè Việt nam cho biết, sản lượng chè qua chế biến năm

2009 khoảng 115 nghìn tấn, kim ngạch xuất khẩu trên 178 triệu USD

Tính đến tháng 11 năm 2010, tổng lượng chè xuất khẩu ước đạt 122 nghìn tấn,kim ngạch đạt 180 triệu USD, tăng khoảng 10% so với cùng kỳ Hiện nước ta là nước cósản lượng chè đứng thứ 5 thế giới và xuất khẩu ra khoảng 110 nước Ba thị trường lớn làPakixtan, Đài Loan và Nga Từ năm 2005 đến nay đã nghiên cứu thành công và đưa vàosản xuất 8 giống chè mới Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm ở nhiều nơi nhìn chung cònthấp và chưa đồng đồng đều Nhiều cơ sở chế biến chè không có vùng nguyên liệu, tìnhtrạng thu gom nguyên liệu qua đầu cấp không những làm tăng giá nguyên liệu đầu vào

mà còn kéo dài thời gian bảo quản

2.1.3 Các sản phẩm được chế biến từ chè

Chè sau khi được thu hái từ đồng, được mang về các vựa thu mua và từ đó đượcvận chuyển tới các nhà máy chế biến Hiện nay có rất nhiều sản phẩm được chế biến từchè tươi, đặc biệt là các sản phẩm chè xanh Các hình 3 – 6 trình bày một số sản phẩmđược chế biến từ chè chẳng hạn dùng làm thức uống, làm gia vị cho kem, bánh, hoặcnước uống đóng chai…

Hình 2.3 Chè chế biến để uống Hình 2.4 Chè – thức uống quen thuộc

Hình 2.5 Thức ăn nhanh làm từ chè xanh

Chè xanh cũng được chế biến thành thức uống nhanh, đóng hộp, tiện lợi cho việc sử dụng và vận chuyển

Hình 2.6 Nước uống chè đóng chai

2.2 Sơ lược về lý thuyết sấy:

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy nhờ tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể

là không khí, khói lò, hơi quá nhiệt hoặc một số dịch thể lỏng như dầu mỏ hoặc thực vật

Vật liệu ẩm: những vật đem đi sấy có chứa một lượng ẩm nhất định Trong quá

trình sấy, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi Trạng thái của vật liệu ẩm được xácđịnh bởi độ ẩm của nó

Ẩm độ của vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định thời gian sấy và bảo quản vậtliệu

Ẩm độ của vật liệu được định nghĩa:

khối lượng nước trong vật liệu

Ẩm độ (%) =

Khối lượng vật liệu (chất khô và nước)

Ẩm độ cân bằng của vật liệu: là mức ẩm độ mà tại đó vật liệu không hút và khôngnhả ẩm Ẩm độ cân bằng của mỗi loại vật liệu sẽ khác nhau và thay đổi tùy thuộc vàonhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí xung quanh nó

Tác nhân sấy: là chất tách ẩm từ vật liệu sấy và mang ẩm ra môi trường Tác nhân

sấy phổ biến là không khí ẩm và khói lò

Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô và hơi nước

Khói lò được tạo ra khi đốt các loại nhiên liệu như than đá, củi, dầu nặng… Khói

lò có thể là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc dùng làm tácnhân sấy trực tiếp Thành phần của khói lò bao gồm khói khô và hơi nước Vì vậy, với

tư cách là một tác nhân sấy, ta có thể xem khói lò như một dạng nào đó của không khíẩm

Phương pháp sấy có nhiều phương pháp sấy: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bứcxạ…

Sấy đối lưu: không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ,

độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động bao quanh vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bayhơi rồi đi theo tác nhân sấy

Tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòngchuyển động của vật liệu sấy Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục.

Chế độ sấy: được hiểu đơn giản là tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa

tác nhân sấy với vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất hệ thống sấytheo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành, chi phí năng lượng hợp lý.Chế độ sấy trong hệ thống sấy bao gồm các yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy khi đi vàothiết bị sấy và khi ra khỏi thiết bị sấy, tốc độ tác nhân sấy

Chọn chế độ sấy phụ thuộc vào sự làm việc của thiết bị và các tính chất của vật liệusấy

Thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học củavật liệu, ẩm độ đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế độsấy

2.3 Quy trình chế biến chè và kỹ thuật sấy chè thường gặp

2.3.1 Quy trình chế biến chè xanh

Độ ẩm ban đầu của lá trà tươi sau khi hái là khoảng 75 – 78% (độ ẩm cơ bản) vàomùa xuân và 65 – 70 % (độ ẩm chuẩn) vào mùa thu Đầu tiên lá trà được làm héo bằng

thuộc vào độ ẩm của lá trà Quá trình trên chuẩn bị lá trà cho quá trình cán mà không mất

đi dịch trà Trong khi đó độ ẩm giảm khoảng 50 % (độ ẩm chuẩn) Có thể kết thúc quátrình bằng cách sào Quá trình này được thiết kế để kiềm hãm các enzym phản ứng, oxi

sấy là 30 – 40 phút đến khi độ ẩm trong khoảng 20% Về sau, nhiệt độ bề mặt của buồng

60 – 90 phút cho đến khi độ ẩm cuối cùng vào khoảng 4 – 5%

Hình 2.7 Quy trình công nghệ chế sấy chè xanh

Kỹ thuật Sấy băng tải

Một hệ thống sấy chè bằng băng tải có các thiết bị chính: Buồng sấy, Quạt, Bộ trao đổi nhiệt Bên trong buồng sấy người ta bố trí băng tải để chứa VLS

Hình 2.8 Cấu tạo máy sấy băng tải Cấu tạo máy sấy băng tải:

2.3.2 Quy trình chế biến chè đen

Lớp nước bề mặt trên lá hoặc chồi non được phân tán ra khi sấy trên các giá đỡtrong 10 – 20h nhằm hạ độ ẩm bên trong để các chiếc lá mềm hơn cho giai đoạn tiếptheo Việc làm khô ít, trung bình hay nhiều có thể được chấp nhận với độ ẩm giảm tươngứng là 10, 15, 20% (độ ẩm cơ bản) Sự lựa chọn độ khô phụ thuộc vào quá trình cho rasản phẩm và tiêu chuẩn sản xuất cuối cùng Lá trà được ghiền sơ trước khi bắt đầu quátrình lên men, cắt nhỏ những mãnh này nếu cần thiết Quá trình cán sẽ kết thúc

cho tới khi lá trà chuyển sang màu đỏ sậm giống như màu của đồng xu Lá trà được trảithành một lớp mỏng trên khay đặt trong bóng mát 2 – 3 ngày để lên men trước khi sấy.

nên dưới 60 phút Quá trình sấy chè xanh có thể được hoàn thành với một hệ thống

hàm lượng nước từ 18 – 25% Quá trình sấy tiếp tục với nhiệt độ buồng sấy khoảng 90 –

bản) Mức nhiệt độ cao hơn là cần thiết để ngừng enzym lên men phụ và giữ lại mùithơm trong lá trà

SấyPhân loạ i

Sử dụng

Hình 2.9 Quy trình công nghệ chế biến chè đen

Cấu tạo máy sấy tầng sôi:

Hình 2.10 Hệ thống máy sấy tầng sôi

Đây là công nghệ sấy thường dùng sấy các vật liệu dạng hạt hoặc bột Thiết bịgồm buồng sấy có sàng chứa hạt, phía dưới là buồng không khí sấy Vật liệu sấy sẽ “lơlửng” nhờ không khí sấy có áp suất lớn và nhiệt độ thích hợp được thổi vào buồngkhông khí sấy và làm cho lớp hạt dao động như là “sôi” Vật liệu sấy ở buồng sấy sẽnhận nhiệt và nhả ẩm cho tác nhân sấy do đó trở nên nhẹ hơn và theo tác nhân đi lên lớptrên Ở 1 độ cao thích hợp, có thể điều chỉnh được, khi đảm bảo đúng độ khô yêu cầuvật, liệu sấy sẽ được lấy ra ngoài Thiết bị có thể có 2 hoặc nhiều tầng và có tầng làmmát trung gian

11

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu:

3.2 Địa điểm nghiên cứu

CTCP chè Minh Rồng – Bảo Lộc Xưởng Cơ khí Thế Hiển – Bảo LộcNhà máy chế biến chè xanh Minh Hùng – Bảo Lộc Nhà máy chế biến chè xanh Công Đức – Bảo Lộc Khoa Cơ khí Công nghệ - đại học Nông Lâm TPHCM

3.3 Thời gian nghiên cứu

Đồ án được thực hiện từ tháng 03 năm 2011 tới tháng 06 năm 2011, tại Trường Đại học Nông Lâm TPHCM và trường Cao đẳng Kinh Tế - Công nghệ Bảo Lộc

3.4 Phương pháp nghiên cứu:

biến ở địa phương Để tiến hành bổ sung và hoàn chỉnh thiết bị theo yêu cầu nghiên cứu phục vụcho công tác thực nghiệm sấy

quá trình nghiên cứu thiết kế tính toán…, các quan hệ truyền nhiệt và bốc ẩm v.v

cứu sẽ sử dụng các phương pháp khác như: Phương pháp phân tích, Phương pháp đồng dạng

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Điều tra, khảo sát tình hình chế biến chè tại TP Bảo Lộc.

4.1.1 Nhà máy chế biến chè đen:

Theo điều tra thực tế, ở Bảo Lộc các nhà máy tư nhân chế biến chè đen thường dùng máy sấy tầng sôi để sấy chè

Tại Công ty cổ phần Chè Minh Rồng:

Dùng máy sấy tầng sôi

Nguyên liệu đốt là củi

Vận tốc gió trong buồng sấy: 0,5 m/s

Bước 1: Nhập liệu:

Chè tươi được thu hoạch và đưa tới nhà máy

Hình 4.1 Chè tươi được nhập vào nhà máy

Bước 2: Phân loại

Chè tươi được phân loại theo hình dáng, kích cỡ, độ tươi của chè

Sau khi phân loại, chè tươi sẽ được cho vào 1 bồn chứa

Bước 3: Làm héo

Chè được đưa vào 1 buồng chứa xây bằng gạch, bên trong có mặt lưới Buồng chứa này

được thổi vào buồng chứa từ 5 cái quạt, mỗi quạt có công suất 25 HP Người ta đảo mặt lưới 3 lần trong khoảng thời gian từ 5 – 8 giờ

Hình 4.2 Quạt thổi không khí vào làm héo chè Hình 4.3 Bồn chứa chè để làm héo

Bước 4: Nghiền

Mục đích là làm nhỏ nguyên liệu và làm dập tế bào của chè

Bước 5: Cắt nhỏ

Làm cho nguyên liệu nhỏ, mịn

Có 2 loại động cơ điều khiển máy cắt: loại 18 HP và 25 HP

Hình 4.6 Chè đang được cắt nhỏ Hình 4.7 Dao cắt

Hình 4.10 Máy phun ẩm Hình 4.11.Chè được đưa vào máy lên men và ủ

Hình 4.12 Chè sau khi lên men có màu vàng nâu

Bước 8: Sấy

Dùng máy sấy tầng sôi, nguồn đót là củi

Thời gian sấy là 25 phút

Hình 4.13 Máy sấy tầng sôi

Bước 9: Phân loại – Đóng gói

Dùng trục Rulo để phân loại, ta được 4 loại sản phẩm chính dựa vào kích thước hạt

Hình 4.14 Ru-lô phân loại

Quá trình từ chè tươi nhập vào nhà máy cho tới lúc trở thành thành phẩm diễn ra liên tụctrong vòng 3,5 giờ đồng hồ

4.1.2 Nhà máy chế biến chè xanh:

Hầu hết các hộ gia đình và nhà máy chế biến chè xanh ở Bảo Lộc đều dùng máy sấy băng tải với buồng sấy bằng kim loại

Hình 4.15 Cấu tạo hệ thống sấy băng tải

Thời gian sấy

Hình 4.16.Chè tươi được đưa vào ống xào cắt men

Hình 4.17 Buồng đốt của ống xào

Bước 3: Vò chè

Giai đoạn này nhằm mục dích làm dập tế bào chè, định hình sản phẩm

Hình 4.18 Chè sau khi xào được đưa vào máy vò Hình 4.19 Máy vò chè

Bước 4: Sấy

Thông thường người ta sấy 2 lần

Sấy lần 1: đẩy nhanh quá trình sấy, tiếp tục cắt men, thời gian sấy khoảng 25 – 30

Sấy lần 2: khoảng thời gian làm nguổi chè sau khi sấy lần 1 là 2-3 giờ đồng hồ

Hình 4.20 Tổng thể máy sấy băng tải

Hình 4.21 Quạt thổi không khí nóng vào buồng sấy

Hình 4.22 Băng tải đưa chè vào buồng sấy

Hình 4.23 Hệ thống theo dõi nhiệt độ điện tử

4.2 Tính toán, thiết kế máy sấy băng tải sấy chè xanh năng suất 100 kg/h

4.2.1 Chọn chế độ sấy

Sử dụng không khí ngoài trời được đốt nóng làm TNS , TNS được quạt đẩy đi cùng chiều với VLS trên băng tải

4.2.2 Thông số TNS truớc quá trình sấy

4.2.2.1 Thông số TNS trước khi vào bộ gia nhiệt:

4.2.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

Lượng nước cần tách trong quá trình sấy:

G1 = GH2O + G2= 271,42 kg/h.

Không khí trước khi vào bộ gia nhiệt (điểm A)

Áp suất hơi bão hòa :

Không khí sau khi đi qua bộ gia nhiệt ( điểm B ) :