Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩm mẻ. Số liệu ban đầu: Năng suất sấy: 10 tấnngày = 2000kgh. (Giả sử một ngày làm 5h) Độ ẩm vật liệu vào máy sấy : w1 = 5% Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy : w2 =1% Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C Độ ẩm tương đối: 0 = 81% = 0.81 Tác nhân sấy ( TNS ) không khí nóng. Nhiệt độ TNS vào: t1 =820C Nhiệt độ TNS ra: t2 = 460C. Thiết bị làm việc liên tục. Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều. 2.2. Lượng ẩm được Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩm mẻ. Số liệu ban đầu: Năng suất sấy: 10 tấnngày = 2000kgh. (Giả sử một ngày làm 5h) Độ ẩm vật liệu vào máy sấy : w1 = 5% Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy : w2 =1% Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C Độ ẩm tương đối: 0 = 81% = 0.81 Tác nhân sấy ( TNS ) không khí nóng. Nhiệt độ TNS vào: t1 =820C Nhiệt độ TNS ra: t2 = 460C. Thiết bị làm việc liên tục. Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều. 2.2. Lượng ẩm được
LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật sấy ngành khoa học phát triển từ năm 50 đến 60 Viện trường đại học giới chủ yếu giải vấn đề kỹ thuật sấy vật liệu cho công nghiệp nông nghiệp Trong năm 70 trở lại người ta đưa kỹ nghệ sấy nông sản thành sản phẩm khô, kéo dài thời gian bảo quản mà làm phong phú thêm mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nước ta nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm lượng, nghiên cứu công nghệ sấy thiết bị sấy phù hợp với loại nguyên vật liệu để đạt chất lượng cao Đặc biệt sấy cà phê nhân, thành phẩm để chế biến cafe bột, cafe sửa loại bánh kẹo cao cấp Do dặc điểm đường sau sấy phải đảm bảo mùi thơm, màu sắc độ khơ đặc trưng nên có nhiều phương pháp sấy khác sấy thùng quay, sấy băng tải … Trong đồ án em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với suất 10 sản phẩm/mẻ Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành Do kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót qúa trình thiết kế Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Nguyễn Cao Cường để tơi hoàn thành tốt đồ án Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Giới thiệu phương pháp qui trình cơng nghệ sản phẩm Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều thực tế sản xuất đời sống.Đặc biệt nghành cơng nghệ thực phẩm, chế biến bảo quản, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật 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 Đường sản phẩm nghành công nghệ thực phẩm để thu đường thành phẩm chất lượng thành phần giá trị cảm quan khơng thể thiếu q trình sấy trước làm nguội bao gói Do tính chất thành phần đường sấy phải giữ tính chất giá trị cảm quan nên dùng mốt số loại thiết bị sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi… Trong đồ án em nhận nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với suất 10 sản phẩm/mẻ 1.1.Khái niệm chung sấy: 1.1.1.Khái niệm: Sấy trình dùng nhiệt để làm bốc ẩm khỏi vật liệu rắn lỏng Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm cơng chun chở), tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ ) để bảo quản thời gian dài, lương thực thực phẩm Bản chất trình sấy trình khuyếch tán chênh lệch độ ẩm bề mặt vật liệu, nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần ẩm bề mặt vật liệu mơi trường xung quanh Sấy q trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian sấy 1.1.2.Phân loại: Quá trình sấy bao gồm hai phương thức: Sấy tự nhiên: Quá trình làm bay nước vật liệu lượng tự nhiên như: lượng mặt trời, lượng gió - Ưu điểm phương pháp: + Thực đơn giản, không cần kỹ thuật cao + Đầu tư vốn (máy móc, nhân cơng) tốn nhiệt + Bề mặt trao đổi nhiệt lớn - Nhược điểm phương pháp: + Khó thực giới hóa,khơng điều chỉnh nhiệt độ cần thiết + Cường độ sấy không cao,sản phẩm sấy không đồng + Chiếm diện tích mặt lớn + Sản phẩm khơng đạt vệ sinh nhiễm bụi,vi sinh vật + Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết thời gian ngày + Sử dụng nhiều nhân công , tốn thời gian, suất thấp + Nhiều sản phẩm tạo thành không đạt yêu cầu kỹ thuật Sấy nhân tạo: Thường tiến hành loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Với sấy nhân tạo tùy theo loại sản phẩm yêu cầu chất lượng mà có dạng khác nhau: Sấy đối lưu, sấy tiếp xúc sấy tia hồng ngoại, sấy dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy tầng sôi - Ưu điểm phương pháp: + Khắc phục nhược điểm sấy tự nhiên + Kiểm soát sản phẩm vào,nhiệt độ cung cấp + Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu + Tốn mặt bằng, nhân công - Nhược điểm: + Tốn chi phí cho đầu tư trang thiết bị, cán kỹ thuật, chi phí lượng 1.1.3.Ngun lý 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 Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của:Nhiệt độ,mơi trường khơng khí ẩm xung quanh nên ta xét mặt trình sấy mặt tĩnh lực học mặt động lực học Mặt tĩnh lực học: Tức dựa vào cân vật liệu cân nhiệt lượng ta tìm độ ẩm đầu độ ẩm cuối vật liệu sấy tác nhân sấy để từ xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy nhiệt lượng cần 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 sấy 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,tốc độ sấy thời gian sấy thích hợp 1.2 Giới thiệu nguyên liệu sấy: Đường saccarose chất có vị tự nhiên loại thực phẩm bổ dưỡng cung cấp nhiều lượng cho thể người Đường dùng trực tiếp ngày hay dùng làm nguyên liệu công nghệ sản xuất thực phẩm:đồ hộp, bánh kẹo, nước giải khát Quy trình sản xuất đường: Nguyên liệu mía xử lý cơng đoạn ép nước mía hỗn hợp làm đặc nấu đường kết tinh ly tâm sấy bao gói đường thành phẩm - Thuyết minh quy trình: Ngun liệu mía xử lý băm ép trước vào nhà máy ép để thu nước mía hỗn hợp Nước mía hỗn hợp trung hòa để xử lý cặn bẩn lơ lửng sau gia nhiệt đem cô đặc nhằm tăng nồng độ chất khô giúp cho việc nấu đường tốt nhanh Đường sau nấu trợ tinh tạo thành tinh thể ly tâm để tách lấy đường cát Đường cát sản phẩm mong muốn trình sản xuất đường Sau ly tâm đường sấy đến độ ẩm cần thiết cho trình bảo quản lưu trữ chất lượng đường tốt Sấy xong sản phẩm bao gói thành đường thành phẩm đưa vào kho chờ phân phối Tính chất đường: - Tính chất vật lý: + Là chất rắn kết tinh,không màu, suốt, vị + Khối lượng riêng:1,5879 g/cm3 + Nhiệt độ nóng chảy: 186-180oc + Không tan rượu,benzen,dầu hỏa dễ tan nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ Độ hòa tan đường saccarose nước: Nhiệt độ o C Độ hòa tan saccarose/100g nước Nhiệt độ o C Độ hòa tan saccarose/100g nước 10 20 30 40 50 179.2 190.5 203.9 219.5 238.1 260.1 60 70 80 90 100 278.3 320.5 362.2 415.7 478.2 Độ nhớt dung dịch đường tăng nồng độ tăng giảm theo chiều tăng nhiệt độ sau: Độ nhớt, 103 N.s/m2 Nồng độ % 20oC 40oC 60oC 700C 20 1.96 1.96 0.81 0.59 40 6.21 6.29 0.91 1.32 60 58.93 21.19 9.69 5.22 70 485.00 114.80 39.80 16.90 - Tính chất hóa học + Trong mơi trường axít pH 4000: chế độ chạy rối Hệ số ma sát tính theo cơng thức II.65 Trang 380, [1]: Với độ nhám vật liệu làm ống 36 Dựa vào bảng II.15 Trang 381, [1] chọn: = 10-4m 6,81 0,9 1 = -2.lg[( 312938, 0054 ) + ] = 7,63 1 = 0,01718 Vậy trở lực từ miệng quạt đẩy đến caloripher: P m1 = 1, 2.1, 206.16,867 =0,01718 =10,433 (N/m2) 2.0,3 6.1.2.Trở lực đường ống từ calorife đến thùng chứa sản phẩm Chọn chiều dài ống dẫn L2 = 1,2m Ta có: 2 = với = 6065,265 m3/h = 1,685 m3/s 1, 685 2= 0, 07065 = 23,85 m/s 0,3.23,85 Chuẩn số Re: Re = 22,1.106 = 323755,656 >4000: chế độ chạy rối 6,81 Hệ số ma sát: 2 = -2.lg[( 323755, 656 )0,9 + ] = 7,637 2 = 0,01715 Trở lực ống dẫn từ calorife đến thùng chứa sản phẩm: 1, 2.1, 008.23,852 Pm2 = 0,01715= = 19,667 (N/m2) 2.0,3 6.1.3 Trở lực ống dẫn từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon Chọn chiều dài ống dẫn 1,3m v2' Ta có: 3 = ' với V2' = 5573,011 m3/h = 1,548 (m3/s) F1 1,548 3 = 0, 07065 = 21,911 (m/s) 0,3.21,911 Chuẩn số Re: Re= 17, 455.106 = 376585,5056 > 4000: chế độ chạy rối 37 Hệ số ma sát: 6,81 0,9 3 = -2.lg[( 376585,5056 ) + ]= 7,683 3 = 0,01694 Trở lực ống dẫn từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon: pm 1,3.1,1338.21,9112 = 0,01694 = 19,979 (N/m2) 2.0,3 6.1.4 Trở lực ống dẫn từ Cyclon đến góc khuỷu Chọn chiều dài ống dẫn 1,4(m) Do lưu lượng khơng khí khỏi cyclon lưu lượng khơng khí khỏi thùng nên: 3 = 4 = 21,911 (m/s) Chuẩn số Re: Re=376585,5056 >4000: chế độ chảy rối 1, 4.1,1338.21,9112 4= 0,01694 Pm4= 0,01694 = 21,515 (N/m2) 2.0,3 6.1.5 Trở lực ống dẫn từ góc co đến quạt hút Chọn chiều dài ống dẫn 1,6m Ta có: 3 = 5 = 21,911; Re= 376585,5056 5 =0,01694 Pm5 = 0,01694 1, 6.1,1338.21,9112 = 24,589 (N/m2) 2.0,3 6.1.6.Trở lực ma sát thùng sấy D1. 1,34.1, 433 Ta có: Re = v = 22,1.106 = 86887,78 > 4000 : chế độ chạy rối Hệ số ma sát: 6,81 0,9 6 = -2lg [( 86887, 78 ) + = 7,308 6 = 0,02 7.1, 008.1, 4332 Pm6 = 0,02 = 0,1081 (N/m2) 2.1,34 Vậy tổng trở lực ma sát: Pm=10,433+19,667+19,979+21,515+24,589+0,1081=96,2911 (N/m2) 38 6.2 Tính tổng trở lực cục 6.2.1 Trở lực cục đột mở vào calorife Wo Fo W1 F1 Fo Ta có: dtd = o Trong đó: Fo: diện tích mặt cắt ngang ống(m2); Fo = F1'= 0,07065m2 o: chu vi mặt cắt ngang ống(m); o = 2..r = 0,942 (m) dtd = 4.0, 07065 = 0,3m 0,942 Diện tích mặt cắt ngang calorife: Fcol = B.H= 1,604.1,2 = 1,309 (m2) Fo 0, 07065 F = 1,309 = 0,054 col Re = 1.d td = 312938,0054 > 3500: nên xác định theo bảng vo N011 Trang 387, [1] = 0,9126 15,867 2.1, 0666 = 0,9126 =122,53 (N/m2) Pcb1 = 6.2.2.Trở lực cục đột thu từ calorife ống dẫn w1,F1 Ta có: Re= wo,Fo 2 d td = 323755,6561 > 10000 : nên v1 bảng N013 Trang 388, [1] = 0,485 39 xác định theo Pcb2 = 23,852.1, 0666 =0,485 =147,126(N/m2) 40 6.2.3.Trở lực cục đột mở vào thùng tiếp liệu Chọn chiều dài thùng tiếp liệu là: 1,8m Chiều rộng thùng tiếp liệu là: 0,6m Diện tích mặt cắt ngang thùng tiếp liệu: Ftl = 1,8.0,6 =1,08 m2 = 0,065 Re = 2 dtd = 323755,6561 > 3500 nên v1 Trang 387, [1] xác định theo bảng N011 = 0,8765 Pcb3 = = 0,8765 23,852.1, 008 = 251,281 (N/m2) 6.2.4.Trở lực cục đột thu từ thùng chứa sản phẩm ống dẫn Chọn chiều dài thùng chứa sản phẩm: 1,8m Chiều rộng là: 0,6m Diện tích mặt cắt ngang thùng chứa sản phẩm Ftsp = 1,8.0,6 = 1,08m2 Re = = 0,065 21,911.0,3 = 17, 455.106 = 376585,5056 > 10000: nên theo bảng N013 Trang 388, [1] Pcb4 = = 0, 482 = 0,482 21,9112.1,1338 = 131,183(N/m2) 6.2.5.Trở lực cục xyclon Gọi Pxyclon trở lực cyclon thì: 540< xác định 104 khơng khí chuyển động theo chế độ chảy xoáy Do ống xắp theo kiểu hành lang nên = (6+9m)( )-0,23 e )-0,26( Công thức II.72 Trang 404, [1]) 43 -Với s khoảng cách ống theo phương cắt ngang dòng chuyển động (theo chiều rộng dòng) s hg d ng d 0, 006 0, 03 0, 007 =0,028 m: số dãy chùm theo phương chuyển động m=30 d đường kính ống d=Dng = 0,03m =24,171 - Trở lực caloriphe 2= = 24,171.1, 08145.0,922 =11,062 (N/m2) 2 Tổng trở lực hệ thống là: p = 2175,0127 (N/m2) Chọn hệ số dự trữ k3=1,4 6.4.Tính chọn quạt - Quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp suất cho dòng khí qua thiết bị: Caloripher, máy sấy, đường ống, cyclone Năng lượng quạt tạo cung cấp cho dòng khí áp suất động học để di chuyển phần để khắc phục trở lực đường ống vận chuyển - Năng suất quạt đặc trưng thể tích khí vào hay thiết bị sấy - Sử dụng hai quạt: + Một dung để đẩy khơng khí vào caloripher + Một hút khí thải từ cyclone 6.4.1.Quạt đẩy Năng suất quạt đẩy: Q1= V1 = 4037,064 (m3/h) Năng suất quạt đẩy thực tế Qd = K3.Q1= 1.4.4037,064 = 5651,8896(m3/h) Tổn thất quạt đẩy cần khắc phục (N/m2) Chọn loại quạt II 4- 70 N05( sổ tay 1/ trang 483) Công suất trục điện 44 Qd P Nđ ( KW ) (Kw) 1000 d tr 3600 : hiệu suất quạt, tra đồ thị đặc tuyến trang quạt ly tâm II9-57N05-trang q 489-[1] qd = 0,62 : hiệu suât truyền động trục; trục quạt nối với trục động h khớp trục nên: h = 0,98 6.4.2 Tính quạt Năng suất quạt hút : Q2= V2= 6065,265 (m3/h) Chọn hệ số dự trữ: K3= 1,4 Năng suất quạt hút thực tế Qh= K3.Q2= 8491,371 (m3/h) Chọn quạt hút loại II9-57N05-trang 489-[1] hiệu suất h qh =0,63 : : hiệu suât truyền động trục; trục quạt nối với trục động khớp trục nên: h = 0,98 Công suất trục quạt hút: Nh = N h Qh p 8491,371.1087,50635 = 1000.0, 63.0,98.3600 4,155( KW ) 1000.qh h 3600 Chọn quạt: Vậy, hai quạt sử dụng quạt ly tâm II9-57N05, với +qd =0,62 +qh =0,63 45 Chương 5: KẾT LUẬN Trong q trình tính tốn hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn, em nắm quy trình cơng nghệ cách tính tốn thiết bị,phân tích lựa chọn thiết bị,vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế.,cũng có đúc kết cần thiết để hiểu rõ kiến thức lý thuyết mà em học trình thực đồ án Trong trình làm đồ án,Em xin chân thành cám ơn hướng dẫn tận tình thầy: Nguyễn Cao Cường ,đồng cám ơn thầy cô giáo khoa Em mong hướng dẫn,đóng góp ý kiến dạy thầy để thiết kế hồn thiện 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa học-T1-NXB khoa học kĩ thuật [2] Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa học-T2-NXB khoa học kĩ thuật [3] PGS-TSKH Trần Văn Phú - Tính toán thiết kế hệ thống sấy [4] PGS-TSKH Trần Văn Phú - Kỹ thuật sấy [5] Phạm Xuân Toản - Các QT,TB Trong CN Hóa Chất & TP- Tập – Các QT&TB Truyền Nhiệt 47 MỤC LỤC 48 49 ... CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU 10 2.1 Các thông số ban đầu: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với suất 10 sản phẩm /mẻ Số liệu ban đầu: Năng suất sấy: 10 tấn/ ngày = 2000kg/h (Giả sử... thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi… Trong đồ án em nhận nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với suất 10 sản phẩm/ mẻ 1.1.Khái niệm chung sấy: 1.1.1.Khái niệm: Sấy trình... thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy 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 vật liệu sấy tác nhân sấy: sấy