Đang tải... (xem toàn văn)
Các sản phẩm cà phê đa dạng có mặt trên thị trường như hiện nay đều được sản xuất từ nguồn nguyên liệu chính là cà phê nhân. Trước khi được chế biến thành các dạng cà phê khác, cà phê nhân cũng đòi hỏi một quá trình sản xuất nghiêm ngặt, để có thể đáp ứng yêu cầu bảo quản và lưu kho trong thời gian dài. Trong quá trình sản xuất trên, sấy là một trong những công đoạn không thể thiếu.Sấy là quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều phổ biến trong sản xuất và đời sống thực tế. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…công đoạn sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Do tính chất và thành phần của hạt cà phê, cũng như ảnh hưởng của những giai đoạn chế biến trước, người ta thường sử dụng một số thiết bị sấy như sấy thùng quay, sấy tháp, sấy sàn rung,…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ VÀ SINH HỌC THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Họ tên : Nguyễn Thùy Linh MSSV : 20152214 Lớp : KTTP3-K60 Hà Nội, tháng 5/2018 MỤC LỤC Table of Contents LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG & KĨ THUẬT SẤY 1.1 Giới thiệu đối tượng sấy 1.2 Tổng quan kĩ thuật sấy 1.2.1.Khái niệm chung độ ẩm 1.2.2 Khái niệm chung sấy 1.2.3 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt chế độ sấy 1.3 Chọn tác nhân sấy thiết bị sấy 11 PHẦN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ SẤY CÀ PHÊ NHÂN 14 2.1 Xác định sơ kết cấu 14 2.2 Chọn chế độ sấy 15 2.3 Tính tốn tác nhân sấy 16 2.4 Tính tốn cân ẩm cho vùng: 18 2.5 Tính tốn tổn thất nhiệt .19 2.6 Xây dựng trình sấy thực .22 2.7 Tính tốn cân nhiệt .23 2.8 Tính tốn vùng làm mát .25 2.9 Chọn dạng, bố trí kênh dẫn kênh thải .26 2.10 Tính tốn chọn Calorifer .27 2.11 Chọn quạt 29 PHẦN 3: LỜI KẾT 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 LỜI MỞ ĐẦU Cà phê ngành sản xuất mũi nhọn Việt Nam Hiện nay, quốc gia xuất cà phê đứng thứ hai giới sau Brazil Sản lượng cà phê không ngừng tăng lên theo năm đặt yêu cầu khắt khe công đoạn chế biến, dự trữ bảo quản, nhằm nâng cao chất lượng để cạnh tranh thị trường nội địa giới Các sản phẩm cà phê đa dạng có mặt thị trường sản xuất từ nguồn nguyên liệu cà phê nhân Trước chế biến thành dạng cà phê khác, cà phê nhân đòi hỏi q trình sản xuất nghiêm ngặt, để đáp ứng yêu cầu bảo quản lưu kho thời gian dài Trong trình sản xuất trên, sấy công đoạn thiếu Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều phổ biến sản xuất đời sống thực tế Đặc biệt, ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…cơng đoạn sấy đóng vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Do tính chất thành phần hạt cà phê, ảnh hưởng giai đoạn chế biến trước, người ta thường sử dụng số thiết bị sấy sấy thùng quay, sấy tháp, sấy sàn rung,… Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy Phạm Ngọc Hưng, đồ án mơn học này, em xin trình bày “ Tính tốn thiết kế hệ thống sấy tháp cà phê nhân với suất 1000 kg/mẻ ” Nội dung bao gồm phần: Phần I: Tổng quan đối tượng kĩ thuật sấy Phần II: Tính tốn cơng nghệ sấy cà phê nhân Phần III: Tính tốn chọn thiết bị phụ trợ Do trình độ, kinh ngiệm nghiên cứu tài liệu tham khảo hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tính tốn, thiết kế đồ án này, mong thầy bạn góp ý, bảo để em bổ sung, củng cố kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn! PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG & KĨ THUẬT SẤY 1.1 Giới thiệu đối tượng sấy Hạt cà phê lấy từ hạt cà phê Các giống cà phê bắt nguồn từ vùng nhiệt đới châu Phi vùng Madagascar, Comoros, Mauritius Réunion Ấn Độ Dương Giống xuất từ châu Phi tới nước giới trồng tổng cộng 70 quốc gia, chủ yếu khu vực nằm gần đường xích đạo thuộc châu Mỹ, Đơng Nam Á, Ấn Độ châu Phi Hạt cà phê chủ yếu sử dụng để tạo loại thức uống tên Đến nay, thức uống phổ biến giới Không vậy, cà phê ngun, phụ liệu nhiều q trình sản xuất thực phẩm khác Hạt cà phê chín chứa nhiều chất dinh dưỡng gluxit, lipit, protein,… Đặc biệt, hạt cà phê chứa số chất mùi đặc trưng, tạo nên mùi thơm riêng biệt hấp dẫn cho sản phẩm thực phẩm Phân loại: Trên giới, có khả thích nghi tốt với mơi trường nên cà phê có nhiều loại Nhưng nay, có loại cà phê trồng sản xuất chủ yếu là: Cà phê chè (Arabica) & Cà phê vối (Robusta) Cấu tạo giải phẫu cà phê Quả cà phê gồm phần chính: ⁃ Phần vỏ gồm: Vỏ quả, thịt Vỏ quả: Là lớp vỏ ngồi cùng, mềm, có hàm lượng chất khơ từ 21-30% Khi cà phê chín, vỏ có màu đỏ antoxian tạo thành Ngồi ra, vỏ chứa alkaloid, tanin, caffeine loại enzim,… hàm lượng không đáng kể Thịt quả: Nằm lớp vỏ mỏng Thịt gồm tế bào mềm chứa nhiều đường pectin, không chứa caffeine, tanin Độ pH lớp thịt phụ thuộc vào độ chín quả, thường 5,6-6,4 ⁃ Phần hạt gồm: Lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa nhân Lớp vỏ trấu: Là lớp vỏ cứng sau thịt Thành phần chủ yếu xenlulo, muối khoáng lượng chất béo Lớp vỏ có nhiệm vụ bảo vệ nhân Lớp vỏ lụa: Là lớp vỏ mềm bao bọc quanh nhân Tùy loại cà phê mà chúng có màu sắc khác Nhân quả: Nhân thường có hạt, bên phôi nhũ Nhân chiếm khoảng 30% khối lượng Hình 1: Cấu tạo cà phê Thành phần hóa học cà phê Quả cà phê chín chứa nhiều chất dinh dưỡnh gluxit, lipit, protein,… Đặc biệt, cà phê chứa số chất mùi đặc trưng, tạo nên mùi thơm riêng biệt hấp dẫn cho sản phẩm thực phẩm Bảng 1: lượng phần hóa cà Thành phần Hàm lượng (%) Nước - 12 Chất béo 4-8 Đạm 1,8 - 2,5 Protein – 16 Caffein 0,8 – Tanin Đường - 10 Tinh bột 5 - 23 Dextrin 0,85 Xenlulo 10 - 20 Hàm thành học phê Quả cà phê tươi sau thu hoạch từ vườn, trải qua số trình chế biến phơi, sấy, xay tách vỏ,… cho ta cà phê nhân (raw coffee) Nói đơn giản hơn, cà phê nhân cà phê hạt sống, chưa rang xay cuối giai đoạn sơ chế, khơng vỏ thóc Đây ngun liệu để sản xuất sản phẩm cà phê đa dạng có mặt thị trường cà phê rang xay, cà phê hòa tan,… Quy trình sản xuất cà phê nhân Để sản xuất cà phê nhân, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp: ⁃ Phương pháp sản xuất ướt: Quả cà phê tươi sau phân loại làm đem xát tươi (bóc vỏ quả) loại bỏ lớp vỏ, thịt, chất nhờn bên phơi sấy khô đến mức độ định Phương pháp phức tạp đòi hỏi trang bị máy móc chuyên dụng, tiêu hao tài nguyên nước lượng Đổi lại, tiến hành đúng, phương pháp chế biến giúp rút ngắn thời gian sản xuất bảo đảm phẩm chất nội hạt cà phê, cho sản phẩm cà phê nhân có màu sắc chất lượng đồng ⁃ Phương pháp sản xuất khô: Quả cà phê tươi sau phân loại làm không đem xát tươi mà đưa phơi khô đạt độ ẩm theo yêu cầu Các thiết bị sấy áp dụng để tăng tốc độ thoát ẩm cà phê phơi khô ánh mặt trời sau vài ngày Cà phê sau đưa vào máy xát khô, loại bỏ vỏ quả, vỏ trấi khô ta cà phê nhân thành phẩm Phương pháp có điều kiện chế biến đơn giản lại phụ thuộc vào thời tiết nên dễ phát sinh không đồng độ ẩm khối hạt Vì tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, làm giảm chất lượng cà phê Mặt khác, thời gian chế biến bị kéo dài 1.2 Tổng quan kĩ thuật sấy 1.2.1 Khái niệm chung độ ẩm Trong kỹ thuật người ta sử dụng khái niệm độ ẩm: độ ẩm tương đối độ ẩm tuyệt đối ⁃ Độ ẩm tuyệt đối (kg/): Là khối lượng nước chứa thể tích hỗn hợp khí chứa ⁃ Độ ẩm tương đối φ (%): Là tỷ số lượng nước thể tích hỗn hợp khí chứa nó, với lượng nước thể tích khơng khí bão hòa nhiệt độ áp suất Trong ngành công nghiệp thực phẩm, độ ẩm yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thực phẩm, đặc biệt trình lưu trữ bảo quản Lưu trữ bảo quản thực phẩm độ ẩm cao thúc đẩy q trình sinh hóa hệ vi sinh vật thực phẩm diễn phát triển Tuy nhiên, độ ẩm thực phẩm thấp có lợi Trong mơi trường có độ ẩm khơng khí cao, ẩm bị hút ngược lại vào thực phẩm Cả trường hợp gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng, từ làm giảm giá trị thực phẩm Vậy nên lưu trữ độ ẩm thích hợp, thời gian bảo quản thực phẩm tăng lên mà chất lượng thực phẩm bị ảnh hưởng Mỗi loại thực phẩm lại có độ ẩm thích hợp cho bảo quản khác Đối với cà phê nhân, người ta thường làm khô tới độ ẩm từ - 12,5% Đây điều kiện tiêu chuẩn để lưu trữ bảo quản cà phê Khi đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn này, thời gian lưu trữ cà phê nhân kéo dài lên đến năm Tuy nhiên, làm khô cà phê nhân tới độ ẩm thấp 9%, hạt bị khô biến dạng, làm xuất hương vị không mong muốn pha chế 1.2.2 Khái niệm chung sấy a) Khái niệm : Sấy trình dùng nhiệt để làm bay nước khỏi vật liệu lỏng rắn Với mục đích giảm bớt khối lượng , giảm cơng chun chở, kho tồn ), tăng độ bền vật liệu ( gốm ,sứ , gỗ…), bảo quản tốt thời gian dài, lương thực, thực phẩm b) Phân loại : Quá trình sấy bao gồm hai phương thức : - Sấy tự nhiên: tiến hành trời dùng lượng mặt trời để làm bay nước bề mặt vật liệu.Phương pháp đơn giản, không tốn lượng … nhiên không chủ động thời gian, điều chỉnh tốc độ sấy trình theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp - Sấy nhân tạo: thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia nhiều dạng: 1/ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt khơng khí nóng, khói lò… 2/ 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 vách ngăn 3/ Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điên phát truyền cho vật liệu sấy 4/ Sấy dòng điện cao tầng: phương pháp dùng dòng điện cao tầng để đốt nóng tồn chiều dày vât liệu sây 5/ Sấy thăng hoa: phương pháp sấy môi trường cố độ chân không cao, nhiệt độ thấp, nên độ ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành khơng qua trạng thái lỏng c) Ngun lí q trình sấy: Quá trình sấy trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuyếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp, nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh Vận tốc tồn q trình qui định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình chuyển ẩm từ vật liệu sấy bề mặt vật liệu sấy Trong q trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số q trình sấy Tóm lại nghiên cứu q trình sấy phải nghiên cứu hai mặt trình sấy : Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân vật liệu cân nhiệt lượng ta tìm mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy để từ xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy lượng nhiệt cần thiết cho trình sấy Mặt động lực học: tức nghiên cứu mối quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu với thời gian sấy thông số q trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu sấy điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy để từ xác định chế độ sấy thời gian sấy thích hợp 1.2.3 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt chế độ sấy: a) Tác nhân sấy: Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong q trình sấy, mơi trường buồng sấy ln ln bổ sung ẩm từ vật sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên, đến lúc đố đạt cân vật sấy môi trường buồng sấy q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ 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 nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực nhiệm vụ Cơ chế trình sấy gồm giai đoạn : Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa mang ẩm từ bề mặt vật vào mơi trường Nếu ẩm khỏi vật liệu mà không mang kịp thời ảnh hưởng tới trình bốc ẩm từ vật liệu sấy chí làm ngừng trệ q trình ẩm Để tải ẩm bay từ vật sấy vào môi trường dùng biện pháp: - Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt - Dùng bơm chân khơng để hút ẩm từ vật sấy thải ngồi ( sấy chân khơng) Trong sấy đối lưu vai trò tác nhân sấy đặc biệt quan trọng đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng khơng khí nóng khói lò, q nhiệt, chất lỏng… b) Các loại tác nhân sấy: - Khơng khí ẩm : loại tác nhân sấy thơng dụng dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm không làm sản phẩm sau sấy bị ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt khơng khí ( calorife khí, hay khí khói ), nhiệt độ sấy khơng q cao, thường nhỏ 5000C nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiêt phải chế tạo thếp hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt Đối với thiết bị sấy tháp, tác nhân sấy sử dụng chủ yếu khơng khí ẩm với yếu tố : độ ẩm tương đối khơng khí ẩm, nhiệt độ khơng khí trước sau vào vùng sấy,… chọn cho tổn thất lượng nhỏ - Khói lò: khói lò dùng làm tác nhân sấy nâng nhiệt độ sấy lên 1000 0C mà không cần thiết bị gia nhiệt nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói - Hơi nhiệt: tác nhân sấy dùng cho loại sản phẩm đễ bị cháy nổ có khả chịu nhiệt độ cao c) Chế độ sấy: Chế độ sấy cách thức tổ chức trình truyền nhiệt truyền chất tác nhân sấy vật liệu sấy thông số để đảm bảo suất , chất lượng sản phẩm yêu cầu chi phí vận hành chi phí lượng hợp lí Một số chế độ sấy thường gặp: 1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy dùng để sấy vât liệu không chịu nhiệt độ cao Chế độ sấy hồi lưu phần: Chế độ tiết kiệm lượng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị 10 Khối lượng vật liệu vào vùng (bằng khối lượng thóc sau khỏi vùng 1): 1000 – 375 = 625 kg/h Đối với vùng 2, ta có: = = 625 = 43,6 kg/h Khối lượng vật liệu khỏi vùng sấy (bằng khối lượng vật liệu vào vùng làm mát ): = 625 – 43,6 = 581,4 kg/h Đối với vùng làm mát: = = 581,4 = 6,68 kg/h Khối lượng VLS khỏi buồng làm mát: = 581,4 – 6,68 = 574,72 kg/h Lượng TNS lý thuyết cần thiết để bốc kg ẩm vùng: Đối với vùng 1: = = 166,67 kg/kg ẩm Đối với vùng 2: = = 62,5 kg/kg ẩm Lượng TNS lý thuyết cần thiết để bốc ẩm vùng: Đối với vùng 1: = 375.166,67 = 62501,25 kg/h Đối với vùng 2: = 43,6.62,5 = 2725 kg/h 2.5 Tính tốn tổn thất nhiệt: a) Nhiệt dung riêng VLS khỏi vùng sấy: Ta có: Nhiệt dung vật liệu khơ (hạt cà phê): C = 1,55 kJ/kg.°K Nhiệt dung riêng ẩm: = 4,19 kJ/kg.°K Ứng với = 20% ta tìm được: = 2,02 kJ/kg.°K = 14% = 1,92 kJ/kg.°K b) Tổn thất vật liệu mang bằng: 18 Đối với vùng 1: = 2,02 = 50,5 kJ/kg ẩm Đối với vùng 2: = 1,92 = 256 kJ/kg ẩm c) Tổn thất mơi trường xung quanh: Diện tích bao quanh toàn bộ: F = 2(L+B)H = 2(2+0,7)8 = 43,2 m2 Khi tính tổn thất mơi trường ta phân sơ diện tích bề mặt vùng sấy thứ nhất, thứ hai buồng làm mát theo tỷ lệ 1,5/1/1 Do diện bao quanh vùng tương ứng: F1 = 18,5 m2 F2 = F3 = 12,35 m2 Tường thiết bị sấy xây inox có: Độ dày = 0,25m Hệ số dẫn nhiệt inox λ = 0,77W/m°K Nhiệt độ trung bình TNS vùng sấy: Đối với vùng 1: tfv1 = = = 47,5 ºC Đối với vùng 2: tfv2 = = = 65ºC Nhiệt độ phía ngồi tường tháp sấy lấy nhiệt độ môi trường.Ta xác định sơ tốc độ tác nhân thiết bị sấy tốc độ khơng khí ngồi thiết bị sấy (trong gian máy) Thông thường tốc độ tác nhân thiết bị sấy qua lớp hạt khoảng 0,2 - 0,5 m/s Ở ta chọn v = 0,3 m/s Như tính tổn thất nhiệt mơi trường việc tìm mật độ dòng nhiệt TNS mơi trường qua vách có hệ số dẫn nhiệt λ chiều dày δ Một phía trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng với tốc độ v = 0,3 m/s với nhiệt độ dịch thể nóng tf1 = ttbi Phía bên trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối có nhiệt độ tf2 = to 19 Nhiệt độ mặt mặt tường vùng tương ứng ⁃ Đối với vùng 1: tf1 = tfv1 = 47,5 oC q1 = q2 = q3 Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu TNS mặt tường: q1 = 1,715 ( tf1 - tw11 )1,333 = 1,715(47,5 - tw11)1,333 (1) Mật độ dòng nhiệt dẫn nhiệt: q2 =)= 3,08) (2) Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi tường với khơng khí xung quanh: q3 = 1,715 ( tw21 - tf2 )1,333 = 1,715(tw21 - 20)1,333 (3) Ta có: Từ (1)(3), ta có: 47,5 - tw11 = tw21 - 20 tw21 = 67,5 - tw11 Từ q1 = q2 1,715(47,5 - tw11)1,333 = 3,08) = 3,08(2tw11 – 67,5) 1,715(47,5 - tw11)1,333 - 6,16tw11 + 207,9 = tw11 = 38,75 0C tw21 = 28,75 0C ⁃ Đối với vùng 2: tf1 = tfv2 = 65 oC q1 = q2 = q3 Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu TNS mặt tường: q1 = 1,715 ( tf1 - tw12 )1,333 = 1,715(65 - tw11)1,333 (4) Mật độ dòng nhiệt dẫn nhiệt: q2 =)= 3,08) (5) Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngồi tường với khơng khí xung quanh: q3 = 1,715 ( tw22 - tf2 )1,333 = 1,715(tw22 - 20)1,333 (6) Ta có: Từ (4)(6), ta có: 65 - tw11 = tw21 - 20 tw21 = 85 - tw11 Từ q1 = q2 1,715(65 - tw12)1,333 = 3,08) = 3,08(2tw11 – 85) 1,715(65 - tw12)1,333 - 6,16tw12 + 261,8 = tw12 = 51,47 oC tw22 = 33,53 oC Mật độ dòng nhiệt qua tường vùng: 20 Đối với vùng 1: q1 = 3,08) 30,8 W/m2 = 3,6.30,8 = 110,88 kJ/hm2 Q1 = q1.F1 = 110,88.18,5 = 2051,28 kJ/h Đối với vùng 2: q2 = 3,08) = 55,25 W/m2 = 3,6.55,25 = 198,92 kJ/hm2 Q2 = q2.F2 = 198,92.12,35 = 2456,65 kJ/h Tổn thất nhiệt mơi trường tính cho kg ẩm vùng sấy: Đối với vùng 1: qmt1 = = = 5,47 kg/kg ẩm Đối với vùng 2: qmt2 = = = 56,36 kg/kg ẩm 2.6 Xây dựng trình sấy thực: a) Xác định giá trị ∆ vùng sấy: ∆= Đối với vùng 1: ∆1 = = 4,19.20 – (50,5 + 5,47) = 27,83 kJ/kg ẩm Đối với vùng 2: ∆2 = = 4,19.20 – (256 + 56,36) = -228,56 kJ/kg ẩm b) Xác định thơng số sau q trình sấy thực: Lượng chứa ẩm TNS khỏi vùng sấy thực d2i: ⁃ Tính tốn Cdxi: Cdxi = 1,004 +1,842d1i Vì d11 = d12 = 0,013 nên: Cdx1 = Cdx2 =1,004 + 1,842.0,013 = 1,028 kJ/kgK ⁃ Tính tốn i2i : Ta có i2i = 2500 + 1,842.t2i i21 = 2500 + 1,842.t21 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 kJ/kg i22 = 2500 + 1,842.t22 = 2500 + 1,842.45 = 2582,89 kJ/kg 21 ⁃ Từ suy ra: d2i = d1i + Đối với vùng 1: d21 = d11 + = 0,013 + = 0,019 kg ẩm/kg kk Đối với vùng 2: d22 = d12+ = 0,013+ = 0,028 kg ẩm/kg kk Độ ẩm tương đối TNS khỏi vùng sấy: = Đối với vùng 1: = 40,4% Đối với vùng 2: = 46,65% Độ ẩm tương đối TNS khỏi vùng tương đối bé, nên ta chọn lại cho phù hợp mặt kinh tế t21 = 30oC t22 = 35oC d21 = 0,023 kg/kg kk d22 = 0,035 kg/kg kk Khi đó: Đối với vùng 1: = 48,6% Đối với vùng 2: = 55,8% Lượng TNS thực tế: l1 = = = 100 kg kk/ kg ẩm L1 = l1.W1 = 100.375 = 37500 kg kk/h l2 = = = 45,45 kg kk/ kg ẩm L2 = l2.W2 = 45,45.43,6 = 1981,81 kg kk/h 22 Thể tích TNS kg khơng khí ẩm vùng sấy ( PL5 – T349 ) với độ ẩm tương đối nhiệt độ biết ta tìm được: ⁃ Vùng sấy : Với t11 = 55 0C φ11 = 5,26 % ta v11 = 0,51 m3 /kg kk Với t21 = 30 0C φ21 = 48,6 % ta v21 = 0,87 m3 /kg kk ⁃ Vùng sấy : Với t12 = 85 0C φ12 = 1,43 % ta v12 = 0,16 m3 /kg kk Với t22 = 35 0C φ22 = 55,8 % ta v22 = 1,024 m3 /kg kk Thế tích trung bình TNS vùng: V1 = L1 = 37500 = 25875 m3/h V2 = L2 = 1981,81 = 1173,23 m3/h 2.7 Tính tốn cân nhiệt: Vùng sấy 1: ⁃ Tổng nhiệt lượng cần thiết: q1 = l1.(I11 – Io) = 100(89,037 – 53,059) = 3597,8 kJ/kg ẩm ⁃ Nhiệt lượng có ích: q11 = i21 – Cn11 = 2573,68 – 4,19.20 = 2360,94 kJ/kg ẩm ⁃ Tổn thất nhiệt TNS mang q21 = l1Cdx1(t21 – to) = 100.1,028(30 – 20) = 1028 kJ/kg ẩm ⁃ Tổng nhiệt lượng tổn thất nhiệt lượng có ích: = q11 + q21 + qv1 + qmt1 = 2360,94 + 1028 + 50,5 +5,47 = 3444,91 kJ/ kg ẩm Về nguyên tắc, = q1 Tuy nhiên q trình tính tốn chúng làm tròn nhiều nguyên nhân khác Do phạm phải sai số tuyệt đối 23 ⁃ Sai số tuyệt đối: = q1 - = 3597,8 – 3444,91 = 152,89 kJ/kg ẩm ⁃ Sai số tương đối: = 4,25% Như tính tốn chấp nhận Bảng cân nhiệt vùng sấy 1: Đại lượng Ký hiệu Giá trị (kJ/kg ẩm) % q11 2360,94 69,2 q21 1028 28,6 qv1 50,5 1,4 qmt1 5,47 0,2 3444,91 95,75 152,89 4,25 3597,8 100 Nhiệt lượng có ich Tổn thất TNS Tổn thất VLS Tổn thất mơi trường Tổng nhiệt lượng tính tốn Sai số Tổng nhiệt lượng cần thiết q1 Vùng sấy 2: Tiến hành tính tốn tương tự ta thiết lập bảng cân nhiệt cho vùng sấy Bảng cân nhiệt vùng sấy 2: 24 Đại lượng Ký hiệu Giá trị (kJ/kg ẩm) % q12 2288,8 72,97 q22 500,84 15,97 qv2 256 8,16 qmt2 56,36 1,8 3102 98,9 34,79 1,1 3136,79 100 Nhiệt lượng có ich Tổn thất TNS Tổn thất VLS Tổn thất môi trường Tổng nhiệt lượng tính tốn Sai số Tổng nhiệt lượng cần thiết q2 2.8 Tính tốn vùng làm mát Nhiệt dung riêng trung bình: kJ/kg.°K Nhiệt lượng VLS nhả cho khơng khí vùng làm mát Q3 = G23C3( = 574,72.1,91(45 – 35) = 10977,15 kJ/h q3 = = = 1643,29 kJ/kg ẩm Nếu bỏ qua nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh kết cấu bao che buồng làm mát ta có: 25 =1643,29 kJ/ kg ẩm Thơng số khơng khí sau buồng làm mát ⁃ Lượng chứa ẩm: d23 = + d23 = 0,013 + = 0,019 kg ẩm/kg kk Với = 2500 + 1,842.t23 = 2500 + 1,842.25 = 2546,05 kJ/kg ⁃ Áp suất bão hòa: = exp} = exp}= 0,0315 bar ⁃ Độ ẩm tương đối: = = = 94% Lượng khơng khí cần thiết cho trình làm mát: l3 = = = 166,67 kg kk/kg ẩm L3 = l3W3 =166,67.6,68 = 1113,36 kg kk/h Thể tích TNS kg khơng khí ẩm vùng sấy ( PL5 – T349 ) với độ ẩm tương đối nhiệt độ biết ta tìm được: Với to = 20 0C φo = 85 % ta vo = 0,863 m3 /kg kk Với t23 = 25 0C φ23 = 94 % ta v23 = 0,93 m3 /kg kk Thế tích trung bình TNS vùng: V3 = L3 = 1113,36 = 998,13 m3/h 2.9 Chọn dạng, bố trí kênh dẫn kênh thải 26 Chọn kích thước cách bố trí kênh dẫn kênh thải hình Các kênh làm thép với chiều dày = 3mm = 0,003 m Kết cấu cách bố trí kênh dẫn kênh thải Theo chiều ngang tháp, ta bố trí 20 kênh: 10 kênh dẫn 10 kênh thải Theo chiều cao 26 hàng: Vùng sấy đặt 14 hàng theo chiều cao gồm: hàng kênh dẫn kênh thải xen kẽ Vùng sấy đặt hàng theo chiều cao gồm: hàng kênh dẫn hàng kênh thải xen kẽ Buồng làm mát đặt hàng theo chiều cao gồm: hàng kênh dẫn hàng kênh thải xen kẽ Diện tích kênh tiết diện ngang Fh = 20 = 185000 mm2 = 0,185 m2 Tổng diện tích kênh dẫn kênh thải vùng sấy F1 = 7.Fh = 7.0,185 = 1,295 m2 Tổng diện tích kênh dẫn kênh thải vùng sấy vùng làm mát: F2 = F3 = 2.Fh = 2.0,187 = 0,37 m2 Tốc độ TNS kênh vùng: 27 w1 = = = 5,55 m/s w2 = = = 0,88 m/s w3 = = = 0,75 m/s Tốc độ TNS kênh thỏa mãn điều kiện kinh nghiệm w < m/s 2.10 Tính tốn chọn Calorifer: Trong kỹ thuật sấy thường sử dụng hai loại calorifer để đốt nóng khơng khí calorifer khí – calorifer khí – khói Tuy nhiên cơng nghệ sấy cà phê thường sử dụng calorifer khí – Calorifer khí – loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bão hòa ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng nước lớn so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu mặt ngồi ống so với khơng khí Theo lý thuyết truyền nhiệt, phía khơng khí thường làm cánh để tăng cường truyền nhiệt Như vậy, calorifer khí – kỹ thuật sấy thường loại vách ngăn có cánh khuấy Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho TNS: Q = L1.(I1 – Io) kJ/h Trong đó: L: lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy thực tế(kg/h) , :Entanpy tác nhân sấy trước sau khỏi calorifer(KJ/kgkk) Q = 37500(89,037 – 53,059) = 1349175 kJ/h Công suất nhiệt calorifer: = , kJ/h Trong đó: Q: Nhiệt lượng đưa vào buồng sấy, kW hay KJ/h : Hiệu suất nhiệt calorifer, 0,95 0,97 Chọn = 0,95 = = 1420184,21 kJ/h = 1420184,21 kW Do nhiệt độ tác nhân sấy khơng q cao nên ta chọn lò có áp suất bão hòa bar Tra bảng nước nước bão hòa theo áp suất ta có: Ẩn nhiệt hóa r = 2114 KJ/kg.oC Nhiệt độ nước bão hòa 152 28 Lưu lượng cần cung cấp: D = = = 707,16 kg/h Tính chênh lệch nhiệt độ trug bình : = Trong đó: = = Với nhiệt độ bão hòa nước, tra bảng nước nước bão hòa theo áp suất ta có ẩn nhiệt hóa r= 2114 KJ/kg.độ Nhiệt độ bão hòa nước: = 152 = 152 – 20= 132 = 152 – 55= 97 = = 113,6 Bề mặt truyền nhiệt calorifer: F= Trong đó: F: diện tích tra đổi nhiệt, bề mặt phía có cánh() : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí, : hệ số truyền nhiệt thiết bị, W/.K : hiệu suất calorifer Tra bảng 17.5, hệ số truyền nhiệt k trở kháng calorifer khí – hơi, chọn: k= 22,9( W/.k) với lưu lượng không khí 5kg/.s Bề mặt truyền nhiệt calorifer: F= = 46,9 Dựa vào phụ lục I - bảng – [5], ta chọn calorifer Diện tích BMTĐN() 45,7 Diện tích tiết diện khí qua() Diện tích tiết diện mơi chất qua() 0,416 0,0012 Kích thước(mm) Dài Dày 782 200 Đường kính ống mơi chất vào(mm) 2.11 Chọn quạt: Trong hệ thống sấy, quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dòng khí qua thiết bị: calorifer, máy sấy, đường ống, cyclone Nói cách khác 29 nhiệm vụ hệ thống quạt tạo dòng chảy tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng trình sấy yêu cầu Để chọn quạt ta phải tính trở lực TNS kênh dẫn , kênh thải qua lớp hạt tháp Các tính tốn , đặc biệt tính trở lực qua lớp hạt phức tạp Ở chọn quạt theo kinh nghiệm Thường quạt dùng HTS tháp loại quạt trung áp P = (100 ÷ 300) mmH2O , chọn P = 120 mmH2O Do vào suất đồ thị “Đặc trưng quạt li tâm hạ áp trung áp” ( Hình 17.12 – T336 – TL1 ) đồng thời đảm bảo hiệu suất quạt tối ưu chọn quạt trung áp N03 , N04,5 30 PHẦN 3: LỜI KẾT Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy tháp, em ôn lại kiến thức lý thuyết học phần trình thiết bị mơn học khác, học cách tính tốn thiết kế hệ thống sấy thùng quay thực tế Đồ án giúp em làm quen với việc tìm tài liệu tra cứu, học cách tính tốn khí giúp em nắm mối quan hệ lý thuyết thực tế Đối với hệ thống sấy tháp này, việc thiết kế, tính tốn dựa nhiều công thức thực nghiệm,được cho nhiều tài liệu khác Mặt khác nguyên liệu sấy cà phê hạt khơng có nhiều tài liệu tham khảo, nên q trình tính tốn em sử dụng số kiệu thay khác Việc sử dụng công thức, số liệu không tránh khỏi sai số q trình thiết kế Để thiêt kế xác,ta cần thiết lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra chọn chế độ làm việc tối ưu Đồng thời việc thiết kế dựa nhiều tài liệu lý thuyết khơng có thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em mong nhận hướng dẫn, góp ý thêm thầy để hệ thống hồn thiện Em xin chân thành cám ơn! 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – PGS.TSKH.Trần Văn Phú, “Tính tốn thiết kế hệ thống máy sấy”, NXB Giao dục, xuất năm 2001 [2] – GS.TSKH.Nguyễn Bin, PGS.TS.Đỗ Văn Đài, PGS.TS.Nguyễn Trọng Khuông, KS.Long Thanh Hùng, TS.Phan Văn Thơm, TS.Đinh Văn Huỳnh, TS.Trần Xoa, TS.Phạm Xuân Toản, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất(tập II), NXB KH-KT, xuất năm 1999 [3] – Tập thể tác giả, “Máy thiết bị sản xuất hóa chất”, NXB KH-KT Hà Nội [4] - GS.TSKH.Nguyễn Bin, PGS.TS.Đỗ Văn Đài, PGS.TS.Nguyễn Trọng Khuông, KS.Long Thanh Hùng, TS.Phan Văn Thơm, TS.Đinh Văn Huỳnh, TS.Trần Xoa, TS.Phạm Xuân Toản, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất(tập I), NXB KH-KT, xuất năm 1999 [5] – PGS.TS.Hoàng Văn Chước, “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy”, NXB KH-KT, xuất năm 2006 Ngồi có tài liệu khác “Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm” – Nguyễn Văn May, NXB KH-KT Hà Nội 32 ... số thiết bị sấy sấy thùng quay, sấy tháp, sấy sàn rung,… Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy Phạm Ngọc Hưng, đồ án môn học này, em xin trình bày “ Tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp cà phê nhân. .. bài: Thiết kế thiết bị sấy tháp để sấy hạt cà phê Vật liệu sấy : Hạt cà phê Độ ẩm vật liệu trước sấy: = 50% Độ ẩm vật liệu sau sấy : = 13% Năng suất đầu vào trình sấy: = 1000 kg/h... d) Thiết bị sấy: Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy khơng khí hay thiết bị sấy