Đồ án Thiết kế hệ thống sấy băng tải chuối nguyên trái

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI CHUỐI NGUYÊN TRÁI Sinh viên thực hiện: Trần Thị Diễm Thúy MSSV: 61103515 GVHD: Tạ Đăng Khoa TP.HCM, tháng 12/2014 MỤC LỤC Phần 1: Tổng Quan4 I Giới thiệu nguyên vật liệu4 II Giới thiệu quá trình sấy...6 Phần 2: Thuyết minh quy trình công nghệ10 Phần 3: Tính cân bằng vật chất và năng lượng............................................11 I Các thông số của từng trạng thái khí.11 II Tính cân bẳng vật chất.13 III Tính cân bằng năng lượng..13 Phần 4: Tính kích thước thiết bị sấy.18 I Băng tải..18 II Kích thước thân thiết bị....................................................................................19 III Động cơ băng tải.19 Phần 5 : Tính toán và chọn thiết bị phụ22 I Calorifer.22 II Cyclon..28 III Quạt.29 PHẦN 1 TỔNG QUAN GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU: 1.1. Các loại chuối chính ở Việt Nam Chuối có nhiều loại nhưng có 3 loại chính: - Chuối tiêu ( còn gọi là chuối già ) - Chuối goòng ( còn gọi là chuối tây, chuối sứ, chuối Xiêm ) - Chuối bom Hình: Hình dạng quả chuối 1.2. Đặc điểm cơ bản của chuối Chuối là một loại quả dài, vỏ nhẵn và hầu như có quanh năm. Chuối có nguồn gốc từ khu vực Malaysia. Loại trái cây này bắt đầu trở nên phổ biến trên thế giới từ thế kỉ 20 và phát triển tốt nhất ở những nơi có khí hậu nhiệt đới. Chúng được trồng chủ yếu phục vụ cho ẩm thực, cho việc sản xuất sợi bông, dùng trong ngành công nghiệp dệt và chế tạo giấy. Chúng ta có thể thưởng thức loại quả này bằng cách ăn trực tiếp quả khi chín, hoặc có thể chế biến thành nhiều món ăn hấp dẫn khác nhau từ chuối, chẳng hạn như các loại bãnh chuối, các món salad hoa quả, bánh nướng, các món tráng miệng,... Chuối cũng có nhiều màu sắc và kích cỡ khác nhau. Khi chín, quả chuối có thể có màu vàng, màu đỏ sẫm, hoặc màu tía (hay màu trứng quốc). Có tất cả hơn 50 loại chuối khác nhau trên thế giới. Đặc điểm chung về hình dạng của chuối là quả chuối được gắn kết với nhau thành buồng, mỗi buồng được chia thành nhiều nải, và trên mỗi nải có khoảng từ 10 đến 20 quả . Chuối là một trong những quả rất tốt và có nhiều công dụng, đặc biệt là chuối chín cây. Khi chín, tinh bột có trong chuối sẽ được chuyển hóa thành đường tự nhiên, và vì thế chuối chín thường có vị ngọt dịu và thơm. 1.3. Giá trị dinh dưỡng của quả chuối Thành phần hóa học cơ bản của quả chuối Nước Đường khử Saccaroza Axit hữu cơ Tinh bột Protit Axit amin Lipit Tanin Vitamin Tro 76,38 14,18 2,35 0,326 3,298 0,92 0,083 1,13 0,068 0,565 0,7 Bảng: Thành phần hóa học cơ bản của chuối Chuối chứa một lượng lớn protein và hyđrat-cacbon. Trong chuối còn bao một số loại đường khác nhau như đường glucozo, đường lactoza, đường mantoza, đường galactoze, đường sucrôza (đường mía), đường fructoza, và tinh bột. Chuối cũng rất giàu các loại vitamin như Vitamin A, C,E, Vitamin B2, sinh tố R, dưỡng chất niacin, Vitamin B12 và một số khoáng chất như sắt, canxi, magiê, photpho, kẽm và florua. Ngoài ra còn có các axit amin thiết yếu như chất tryptophan, lizin, leuxin, glyxin, khoáng chất acginin cũng có trong thành phần của chuối. Trong một quả chuối, nó có thể chứa trung bình một lượng calo là 100 đến 125 calo. Có thể nói, chuối là một loại quả rất tốt cho sức khỏe và là một loại thực phẩm rất giàu năng lượng. 1.4. Công dụng của chuối Chuối được dùng như một phương thuốc chữa bệnh rất hiệu quả. Hơn nữa, do chúng có chứa lượng đường khá cao nên cũng được xem như một loại thực phẩm giàu năng lượng. Với những giá trị dinh dưỡng thiết yếu, loại hoa quả này mang lại một số lợi ích cho sức khỏe. - Chuối rất tốt trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và khôi phục chức năng hoạt động của ruột. Chuối cũng giúp ích giảm thiểu bị táo bón. Trong trường hợp bị tiêu chảy, cơ thể chúng ta sẽ mất một lượng chất điện giải quan trọng, nếu ăn chuối sẽ giúp cơ thể khôi phục lại chất điện giải, vì trong chuối có chứa lượng kali cao. - Axit béo có trong chuối xanh giúp nuôi dưỡng các tế bào niêm mạc dạ dày. Những tế bào này rất có hữu ích trong việc hấp thụ canxi một cách hiệu quả, rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh của hệ xương. - Chất amino acid tryptphan có trong chuối sẽ được chuyển đổi thành chất serotonin, giúp giảm thiểu các triệu chứng trầm cảm và cải thiện tâm trạng. Như vậy, chuối là một phương thuốc rất tốt nhằm giàm căng thẳng và tình trạng bị stress. - Ăn chuối thường xuyên giúp giảm nguy cơ thoái hóa điểm vàng, một trong những nguyên nhân gây giảm thị lực ở người cao tuổi. - Do chứa hàm lượng kali cao và lượng natri thấp, nên chuối chính là sự lựa chọn thích hợp để giảm thiểu nguy cơ bị huyết áp cao và đột quỵ. - Chuối cũng rất giàu các hợp chất phenolic giúp chống lão hóa, vì thế ăn chuối thường xuyên còn giúp ngăn ngừa nguy cơ ung thư thận. - Do hàm lượng sắt cao nên chuối giúp tăng thành phần hemoglobin trong máu và giảm thiểu bệnh thiếu máu. 1.5. Tính chất vật lý cơ bản của chuối Khối lượng riêng: r = 977 kg/m3 Nhiệt dung riêng: c = 1,0269 kJ/kg.độ Hệ số dẫn nhiệt : l = 0,52 W/m.độ Kích thước của quả chuối: Đường kính: 2 – 5 cm Dài :8 – 20 cm Khối lượng : 50 – 200 gr Độ ẩm vật liệu sấy: Độ ẩm của chuối trước khi đưa vào sấy: w1 = 75 – 80 % Độ ẩm của chuối sau khi sấy : w2 =15 – 20 % Nhiệt độ sấy cho phép: t = (60 ÷ 90) 0C GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẤY: 2.1. Bản chất của quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. 2.2. Phân loại quá trình sấy Người ta phân biệt ra 2 loại: Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió... Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu. Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệtvà nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có: Phân loại theo phương thức truyền nhiệt: Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt. Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại. Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt. Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên. Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài. Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng. Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm. Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy: Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ được tháo ra. Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục. Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm: Loại thổi qua bề mặt. Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu. 2.3. Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy chuối Trong quá trình sấy chuối quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp ... Sự thay đổi hệ keo do pha rắn (protein, tinh bột, đường,..) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý. Những biến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin, caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, phân hủy vitamin và biến đổi chất màu. Hàm lượng vitamin trong chuối quả sấy thường thấp hơn trong chuối quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy. Trong các vitamin thì axit ascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy hóa. Riboflavin nhạy cảm với ánh sáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa. Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện để ẩm thoát ra khỏi chuối quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm. Nhiệt độ sấy: Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao. Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy chuối quả vì chuối quả là sản phẩm chịu nhiệt kém. Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60oC thì protein đã bị biến tính; trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, chuối quả có thể bị cháy Vì vậy, để sấy chuối quả thường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quá cao. Ngoài ra, độ ẩm tương đối của chuối, độ ẩm cân bằng .. ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy. 2.4. Công nghệ sấy chuối 2.4.1 Độ chính của chuối nguyên liệu Chuối khi thu hái phải đủ già nghĩa, là có thể tự chín. Tuy nhiên để chuối tự chín thì chuối chín chậm và không đồng loạt. Dấm dú là cách để chuối chín đều và nhanh. Độ chín của chuối nguyên liệu là một yếu tố quyết định đến chất lượng chuối sấy. Có nhiều cách xác định độ chín, trong đó cách xác định theo màu vỏ là phổ biến nhất. Trong chế biến hoặc ăn tráng miệng chuối thường được dùng theo 3 độ chín sau đây: - Vỏ vàng hai đầu xanh vị ngọt đậm đà, hơi chát, hơi cứng, chưa thật thơm, vỏ còn chắc, chuối có hàm lượng đường axit cực đại, còn có tinh bột và tanin. - Vỏ vàng hoàn toàn vị ngọt, độ chát giảm, thơm,vỏ dễ bóc. Đường và axit bắt đầu giảm, tinh bột và tamin còn ít. - Vỏ vàng có màu chấm nâu vị ngọt, thơm, không chát, mềm vỏ dễ gãy. Đường, axit hữu cơ giảm, tinh bột hầu như không còn, tamin còn rất thấp. 2.4.2. Hỗ trở việc rửa bột chuối bằng hoá chất Trên bề mặt chuối có một lớp bột bao quanh nếu không được loại bỏ sẽ làm chuối có màu trắng loang lỗ và xù xì. Để loại bỏ lớp bột này người ta xoa chuối bằng tay trong chậu nước chứa khoảng 3kg chuối/3 lít nước, mỗi mẻ cần 2 – 3 phút.Việc chọn hoá chất để họ trở công việc này nhằm 2 mục đích: - Giảm thời gian thao tác. - Cải thiện màu sản phẩm. Hoá chất được chọn phải rẽ, không độc, không gây mùi vị cho sản phẩm, không ảnh hưởng tới người thao tác và dụng cụ, làm bong nhanh lớp bột, có tính khử. Thông thường chọn một số hoá chất phổ biến sau:hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và HCl) hoặc hỗn hợp dung dịch (NaHSO3 và Al2(SO4)3). Tổ hợp dung dịch hiệu quả nhất là (HCl 0,05 % + Al2(SO4)3) 0,5 % . HCl ở nồng độ trên không ảnh hưởng xấu đến người sản xuất và phương tiện bảo hộ lao động, dễ mua, dễ xử lý, chi phí thấp. Có tác dụng thay đổi môi trường các phản ứng hoá sinh không có lợi và sát trùng nhẹ. Phèn chua ở nồng độ trên cũng có tác dụng sát trùng nhẹ, tăng cường bề mặt cấu trúc cho chuối, không gây vị chát, giá rẽ, dễ sử dụng. 2.4.3. Hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím Sau khi sấy khô chuối được làm nguội và phục hồi trạng thái do hút ẩm trở lại để có độ mềm dẻo nhất định (do sấy đến độ ẩm dưới 20%) rồi mới đóng gói. Thời gian này thường từ vài giờ đến vài ngày. Trong môi trường khí quyển thông thường và không thực hiện nghiêm chỉnh vệ sinh công nghiệp, sản phẩm dễ bị nhiễm vi sinh vật. Nhiều cơ sở đã sử dụng đèn tia cực tím để diệt khuẩn coi đó là biện pháp an toàn cần thiết cho vệ sinh thực phẩm. 2.4.4. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy Độ ẩm cân bằng của chuối sấy là hàm lượng nước của nó trong môi trưòng xác định (t và φ xác định của không khí) mà không xẩy ra quá trình nhã nước (bốc hơi) hay hút nước (hấp thụ) giữa nó và môi trường. Chuối sau khi sấy đến độ ẩm dưới độ ẩm cân bằng thường là 15 ÷ 20% sau vài giờ đến vài ngày để ngoài không khí sẽ tăng hàm lượng ẩm tới độ ẩm cân bằng. Xác định độ ẩm cân bằng của chuối sấy nhằm chọn độ ẩm có lợi khi kết thúc sấy và đề ra cách xử lý đóng gói, bảo quản phù hợp. Muốn bảo quản chuối sấy tốt cần giữ độ ẩm của nó dưới 25 % tốt nhất 22 %. Do vậy sau khi sấy khô nên quạt nguội và lựa chọn đóng gói ngay, không nên để ngoài không khí lâu sẽ làm cho độ ẩm của chuối sấy thấp hơn độ ẩm cân bằng. Nếu chưa lựa chọn bao gói ngay thì trữ trong bao kín để nơi khô mát để hôm sau xử lý. Bao bì cần làm từ vật liệu chống không khí ẩm đi qua và dán kín. 2.5 Công nghệ sấy chuối quả Ta lựa chọn công nghệ sấy là công nghệ sấy băng tải. Tác nhân nhiệt là không khí nóng được gia nhiệt bằng calorife. Yêu cầu đối với chuối nhiên liệu: Chuối quả phát triển đầy đủ, tươi tốt, nguyên vẹn, sạch sẽ. Vỏ chuối mỏng, dễ bóc, có màu từ vàng toàn trái đến vàng có chấm nâu. Ruột chuối mềm nhưng chưa nhũ, hương thơm, vị ngọt, không chát. Nhiệt độ sấy lựa chọn là 800C, do sản phẩm chuối chỉ sấy được ở khoảng nhiệt độ từ 60-900C vì để tránh tổn thất vitamin. Chọn chế độ sấy: Khi sấy ngược chiều, vật liệu sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao, dễ gây biến tính sản phẩm. Do đó sấy ngược chiều thường chỉ thích hợp với vật liệu sấy có nhiệt độ cao cao. Đối với sấy chuối, là loại vật liệu có nhiệt độ thấp, nên chọn chế độ sấy cùng chiều. PHẦN 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quy trình công nghệ: Chuối nguyên liệu ( thu hoạch) Phân loại bóc vỏ rửa hóa chất(lần 1) rửa lần2 sấy phân loại đóng gói sản phẩm Thuyết minh quy trình: Chuối nguyên liệu đem rửa sạch, bóc vỏ, cắt đầu rồi rửa lại và lau nhẹ để làm sạch các lớp trong vỏ quả còn dính lại và lớp ngoài ruột quả. Sau đó đem xử lý hóa chất như ngâm vào dung dịch canxi clorua (2÷4%), natri cacbonat (5%) nhưng hiệu quả nhất là sunfit hóa bằng phương pháp khô hoặc bằng phương pháp ướt. Khi sunfit hóa, người ta nhúng ruột chuối vào dung dịch có hàm lượng SO2 tự do là (0,2 ÷ 1)% trong (5÷20)phút. Sau khi xử lý bằng hóa chất chuối được cho đi trên băng tải rửa xối để rửa bớt phần hóa chất vừa ngâm. Sấy ở nhiệt độ 800C cho đến khi độ ẩm của chuối đạt yêu cầu. Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại để loại bỏ những cá thể không đạt chất lượng (do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu. Đóng gói: sản phẩm được bao gói bằng vật liệu dẻo hoặc hộp nhựa. PHẦN 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CÁC THÔNG SỐ CỦA TỪNG TRẠNG THÁI KHÍ: Không khí trước calorife: Chọn trạng thái vào của không khí có: t0 = 30oC, j0 = 85%. - Áp suất hơi bão hoà với to = 30oC: Pbo = exp (bar) ([1]) = exp= 0,0422 (bar) - Lượng chứa ẩm do: do = 0,621. ([1]) B = 760mmHg = 0,98 bar do = 0,621. kg ẩm/kg k2 khô - Enthalphy: Io = 1,004to + do(2500 + 1,842to) ([1]) = 1,004.30 + 0,0236(2500 + 1,842.30) = 90.42 kJ/kg k2 khô m3/kg k2 khô Không khí sau calorifer: - t1 = 80oC, khi qua calorife không khí được đốt nóng với d = const: d1 = do = 0,0236 kg ẩm/ kg k2 khô. - Áp suất hơi bão hào với t1 = 80oC: Pb1 = exp (bar) ([1]) = exp= 0,4667(bar) - Độ ẩm: - Enthalphy: I1 = 1,004t1 + d1(2500 + 1,842t1) ([1]) = 1,004.80 + 0,0236(2500 + 1,842.80) = 142,8 kJ/kg k2 khô m3/kgk2khô Không khí ra khỏi buồng sấy: Chọn t2 = 40oC, khi ra khỏi thùng I2 = I1 = 142,8 kJ/kg k2 khô - Áp suất hơi bão hoà với t2 = 50oC: Pb2 = exp (bar) ([1]) = exp= 0,0732(bar) - Lượng ẩm d2: d2 = ([1]) = kg ẩm/ kg k2 khô - Độ ẩm: m3/kg k2khô Các đại lượng Trước calorifer Sau calorifer Ra khỏi băng tải t(oC) 30 80 40 Pb (bar) 0.0422 0,4667 0,0732 j(%) 85 7,69 80,83 d(kg ẩm/kg k2 khô) 0,0236 0.0236 0,0399 I(kJ/kh k2 khô) 90,42 142,8 142,8 υ(m3/kg k2 khô) 0,924 1,0768 0,9789 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: - Khối lượng VL ra buồng sấy: kg/h - Lượng ẩm tách ra: W = G1 – G2 = 4100-1000=3100 kg/h TÍNH TOÁN CÂN BẲNG NĂNG LƯỢNG: 1. Quá trình sấy lý thuyết: - Lượng ẩm tiêu hao riêng: kg k2/kg ẩm ([1]) - Lượng ẩm tiêu hao: L = l.W =61,35x3100 = 190185 kgk2/h = 52,83 kg/s - Khối lượng riêng của không khí ẩm: + Ở 30oC:ρO = 1,128 kg/m3 + Ở 80oC:ρ1 = 0,998 kg/m3 + Ở 40oC: ρ2 = 1,097 kg/m3 -Lượng không khí trước calorifer: - Lượng không khí trước quá trình sấy: m3/h - Lượng không khí sau quá trình sấy: m3/h - Lượng không khí trung bình: - Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết: Q = L(I2–Io)=190185(142,8 – 90,42)= 9961890,3 kJ/h - Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho quá trình sấy lý thuyết: q= kJ/h.kg aåm 2. Tính quá trình sấy thực: a. Tổn thất do vật liệu sấy mang lại: + Lấy nhiệt dung riêng của VLK gần bằng của thóc Cvk = 1,0269kJ/kgK. + Nhiệt dung riêng của VL ra khỏi máy sấy Cv2: Cv2 = Cvk.(1 – ω2) + Ca.W2 ([1]) = 1,0269.(1 – 0,18) + 4,1816.0,18 =1,5947kJ/kgK. + Tổn thất do VSL mang lại: Qv = G2.Cv2(tv2 – tv1) = 1000x1,5947(80 - 40) = 63788kJ/h kJ/h.kg aåm b. Nhiệt lượng do hơi nước mang vào: kJ/h c. Tổn thất ra môi trường: + Ta chọn tổn thất nhiệt lượng ra môi trương bằng 30% nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy. Qmt =(9961890,3 + 63788 – 388888,8)x0,3 =2891036,85 kJ/h qmt = kJ/h.kg ẩm d. Tổng tổn thất: qmt + qv = 932,59+20,58 =953,17 kJ/kg ẩm e. Tính giá trị D: D = Cto – (qv +qmt) = 4,1816x30 – 953,17 = -827,72 kJ/kg ẩm f. Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực: - Nhiệt dung riêng của TNS trước quá trình sấy: Cñx(d1) =Cpk + Cpa.d1 = 1,004 +1,842.0,0236 = 1,047 kJ/kk khô - Lượng ẩm d2 của TNS sau quá trình sây thực: Ở t2 = 40oC => i2 = (2500+1,842x40)=2573,68 kJ/kg ([9]) kg ẩm/kh k2khô Enthalpy của TNS sau quá trình sấy: kJ/kg k2 Độ ẩm của TNS sau quá trình sấy thực: Lượng TNS thực tế: kk khô/kg ẩm Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực: 3. Kiểm tra lại giả thuyết về TNS: - Bảng cân bằng nhiệt lượng: Nhiệt lượng tiêu hao q: kJ/kg ẩm Nhiệt lượng có ích q1: kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt do TNS mang lại: kJ/kg ẩm Tổng lượng nhiệt có ích vaø caùc toån thaát: kJ/kg ẩm Về nguyên tắc q = q’. Nhưng do sai số: Sai số chấp nhận được. Bảng 3: Bảng cân bằng nhiệt lượng STT Đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm 1 Nhiệt lượng có ích q1 2448,23 2 Tổn thất do TNS q2 851,2 3 Tổn thất do VLS qv 20,58 4 Tổn thất ra môi trường qmt 932,59 5 Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ 4252,6 6 Sai số tính toán Δq 5,9 7 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 4258,5 4 . Tính thời gian sấy: a . Tính vận tốc dòng khí : Tính tiết diện tự do giữa hai tầng băng tải: chọn: chiều rộng băng tải: B=4,5m , khoảng cách giữa hai băng tải: d=1m Þ -Tính vận tốc dòng khí: b. Tính tốc độ sấy: - Độ ẩm theo vật liệu ướt: - Độ ẩm theo vật liệu khô: theo thực nghiệm: ta chọn: Độ ẩm tới hạn: - Tốc độ sấy N : - Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu f (m2/Kg) : (m2/Kg) Cường độ bay hơi ẩm Jm : (Kg/m2h) (Kg/m2h.mmHg) - có : tk=80oC d1=0,0236 -Tốc độ sấy: N=100 . Jm . f =100 c. Thời gian sấy đẳng tốc: d.Thời gian sấy giảm tốc: thôøi gian saáy :h Tính kích thước thiết bị: Chiều rộng băng tải: B=4.5m - Chiều dày lớp vật liệu: h=0,05m - Năng suất khối lượng: hay: PHẦN 4 TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ SẤY I . Băng tải: Số lượng băng tải: Thể tích vật liệu chứa trong thiết bị: V=V1t= t ([2]) V1, G1, r1: thể tích, khối lượng và khối lượng riêng của vật liệu vào thiết bị: t : thời gian sấy. V1= = = 4,2m3/h=1,167x10-3 m3/s Năng suất của thiết bị sấy băng tải: V1= ([2]) d: chiều dày lớp vật liệu trên băng tải, m d = 0,1m. B: chiều rộng băng, m Lb: chiều dày băng, m Chọn B = 4,5 m. Thay số vào phương trình trên ta được: Lb = = = 90m Ta chia băng tải thành nhiều băng tản ngắn. Số tầng băng tải chọn là: i = 3. Chiều dài của mỗi băng tải là: lb = = 30 m. Kích thước con lăn: Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh có tải: lt = A – 0,625B (5.8[2]) A: hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu r = 977< 1000 kg/m3 Þ A= 1750mm Vậy: lt = 1,75 – 0,625 x 4,5 = 1 m Khoảng cách giữa hai con lăn ở nhánh không tải: lo = 2lt = 2 x 1 = 2 m Số con lăn: Nhánh không tải: n1= = = 15 Nhánh có tải: n2= = 30 Tổng số con lăn cần dùng là: 135 con Kích thước con lăn: Đường kính: 120mm Chiều dài: 2000mm Làm bằng thép CT3 Kích thước bánh lăn: Đường kính 300mm = f2 Chiều dài: 2000mm Làm bằng thép CT3 II . KÍCH THƯỚC THÂN THIẾT BỊ: Chiều dài: Lh = lb + 2 Lbs = 30 + 0,3 + 1 = 31,3 m Chiều cao: chọn khoảng cách giữa 2 băng tải là 1 m Hh = i dbăng + (i-1)d + 2dbs = 3x0,3 + 2x1 + 2x1=6,4 m Chiều rộng: Bh = B + 2Bbs = 4,5 + 2x0,1 = 4,7 m Kích thước phủ bì: Tường xây bằng gạch, bề dày tường d1= 250 mm. Trần đổ bê tông dày d3 = 100 mm Chiều dài hầm: L = 31,3 + 2x0,25 = 31,8m Chiều rộng hầm: B = 4,7 + 2x0,25 = 5,2m Chiều cao hầm: H = 6,4 + 0,1 =6,5 m III ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI: Vì băng tải di chuyển với vận tốc thấp (số vòng quay của tang nhỏ). Vận tốc băng tải: m/s Vận tốc của tang: v/ph Þ cần chọn nhiều bộ truyền để có tỉ số truyền lớn. Chọn động cơ điện: Để chọn động cơ điện, tính công suất cần thiết: N: công suất trên băng tải P: lực kéo băng tải. P = (mxich + mvl +mlưới)g Cấu tạo của xích ta chọn thép cacbon có r = 7850 kg/m3, Khối lượng một bước xích : Khối lượng toàn bộ xích : mxich= mvl = G1t =4100 x 0,65 = 2665 kg. mlưới=molx l=1x(30x3x2)=180 mol – là khối lượng 1m lưới chiều dài Tải trọng băng tải: m=2665+132+180=2977kg=2,977 tấn. Vậy xích tải ta chọn chịu nổi tải trọng của băng tải. Þ P = (132+2665+180)x9.81=29204,37N ÞkW h: hiệu suất chung h= h12h23h3 h= 0,97 hiệu suất bộ truyền bánh răng. h = 0,995: hiệu suất của một cặp ổ lăn. h= 1: hiệu suất của khớp nối. h= 0,972x 0,9953x1 = 0,927. Để đảm bảo cho băng tải trên cùng quay đúng vận tốc đã đặt ra ta phải nhân thêm 0,942 vào hiệu suất chung (hiệu suất của bộ truyền đai) (vì cơ cấu truyền động giữa các băng tải). kW Þ 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. Phân phối tỉ số truyền: Tỉ số truyền động chung 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 =42 Để tạo điều kiện bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu. ibn = (1,2¸1,3)ibt Bảng hệ thống: Trục Thông số Trục động cơ I II i ibn = 42 ibt = 18,84 n (v/ph) 720 17,14 0,91 N (kW) 1,355 0,363 0,347 Cơ cấu truyền động bằng xích giữa hai tầng băng tải: tính theo tài liệu [9] Chọn xích truyền động: + Dựa vào tải trọng phá hỏng ta chọn bước xích t=19.05 (6-1{9}) + C=12,7mm + D=11,91mm + l1=30,6mm + b=18,08mm + d=5,96mm + l=17,75mm + Diện tích bản lề: F = dl =105,8mm2 Chọn bánh đai dãn: + Số xích là: Z=99 + Đường kính đai: mm + Chọn D1=D2=D3=D=700mm Vậy tỉ số truyền động: i=1 n1=n2=n3=0,91 vóng/phút PHẦN 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ I . CALORIFER: (tính toán theo tài liệu [6]) Sử dụng calorifer khí hơi để gia nhiệt không khí: Hơi bão hoà đi trong ống. Không khí đi ngoài ống. Các thông số vật lý của hơi bão hoà tra T318[4] - to = 80oC. - p = 1,07at - r=2295kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi. Tính toán nhiệt calorifer: Công suất nhiệt của calorifer: Q= qW = 4258,5 x3100 = 13201350 kJ/h Lượng hơi cần thiết để gia nhiệt không khí: Giả sử hiệu suất của calorifer là 95%. kg/h. Sử dụng ống chùm có cánh (ống làm bằng thép CT10) d2: đường kính ngoài, d1: đường kính trong chọn ống = Chiều dài mỗi ống: l=1m Đường kính cánh dc= 38mm Chiều dày cánh dc= 0,5mm Bước ống s1= s2 = 44mm Khoảng cách giữa các cánh t= 3mm Ống bằng thép có hệ số dẫn nhiệt l=45W/m2K, cánh bằng đồng lc=110W/m2K dc dc t d2 s1 s1 s2 Hình 1: Các kích thước của cánh Tính hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Hieäu soá nhieät ñoä cuûa 2 doøng löu chaát ôû ñaàu vaøo vaø ra cuûa calorifer: : diện tích phần cánh của một ống. : diện tích phần không cánh của một ống. : diện tích ngoài của một ống có cánh (phía không khí). : diện tích trong của một ống có cánh (phía hơi nước ngưng tụ). l Hình 2: Các diện tích bề mặt của ống có cánh. Số cánh trên một ống với sc = t+ dc = 3+ 0,5 = 3,5mm nc === 286 cánh. Chiều cao cánh: h= = = 4 mm Diện tích cánh (bỏ qua phần đỉnh cánh) (2-127[6]) = = 0,244 m2 Diện tích khoảng cách giữa các cánh: pd2tnc = px0,03x0,003x286 = 0,081 m2 Đường kính tương đương của ống: (2-126[6]) = = 0,0179 m Chọn vận tốc khí vào calorifer là w = 3,5 m/s Tốc độ không khí tại khe hẹp: wmax = = = 11,98 m/s ([6]) Nhiệt đọ trung bình của không khí trong calorifer: 65oC Các thông số của khí: Độ nhớt không khí g=19,23.10-6 m2/s Hệ số dẫn nhiệt l = 0,0292 W/m2độ. Tiêu chuẩn Re của không khí: Ref = (2-125a[6]) == 11151,43 Ống xếp sole, ta có: Nuf = 0,251 Re0,67 (2-125[6]) = 0,251(11151,43)0,67 = 106,39 Hệ số toả nhiệt của cánh: = = 173,552 W/m2độ. Hệ số toả nhiệt tương đương của phía ống có cánh: (2-118[6]) trong đó: = 0,244+0,081 = 0,325 m2 = = 0,332 : hiệu suất cánh = 79,44 (2-121[6]) bh = 79,44x0,004 = 0,350 m (1) (2) Từ (1) và (2) tra đồ thị 2.31 T109[6] ta có: =0,95 W/m2độ. Hiệu suất truyền nhiệt: Ở đây: <1,4 ta có thể áp dụng công thức: Vôùi: ec: hệ số cánh ec = 1+ (2-136[6]) ec = 1+ = 4 d: chiều dày vách ống =1/2(30-26) = 2 mm hệ số toả nhiệt a1 khi ngưng hơi nước trong ống: ([10]) d: đường kính trong của ống, d= 0,026m r=2295.103 J/kg (đã tra ở trên) Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ: =78,5oC Giả sử tw = 77oC, Dt1= tngưng – tw = 3oC. các thông số của nước l, m, r lấy ở tm theo T311[4] ta có: l = 66,95.10-2 W/m2độ m = 0,3885.10-3Ns/m2 r = 976,3 kg/m3 W/m2độ. Þ hệ số truyền nhiệt: = 608,34 W/m2độ. Kiểm tra lại chênh lệch Dt1: q1 = KF1Dt với Dt: độ chênh lệch nhiệt độ trung bình: T t2c t2ñ t F == 32,74oC. vậy q1 = 608,34x32,74 = 19917,05 W/m2 mặt khác: q1 = a1Dt1 ®oC. kiểm tra sai số: Þ chấp nhận giả thiết trên. Vậy: a1 = 9733,9625 W/m2độ. KF1 = 608,34 W/m2 độ. Kích thước calorifer: Diện tích bề mặt các ống: = 138,94 m2. Tổng số ống: = 1700 ống. Chọn số ống trong mỗi hàng m=34 ống. Số hàng ống hàng. Kích thước calorifer: Cao: h = 1 + 2hbs = 1 + 2x0,15 = 1,3 m. Rộng: b = zs1 + 2bbs = 50x0,044 + 0,08 = 2,28 m Dài: c = ms1 = 34x0,044 + 0,08 = 1,576 m Kiểm tra giả thiết về vận tốc: Trở lực của calorifer: (2-138[6]) trong đó: r: khối lượng riêng của không khí. kg/m3. wmax: vận tốc không khí trong calorifer. wmax = 11,98 m/s (đã tính ở phần trên) z: số hàng ống của calorifer. z = 20 x: hệ số trở kháng được tính theo công thức sau: (2-139[6]) = 0,1165 Vậy trở lực qua calorifer: = 160 N/m2 II . TÍNH CYCLON: Năng suất khí vào cyclon chính là năng suất khí ra khỏi hầm: VX = L’nC = Vc = 29379 Năng suất khí vào lớn nên ta sử dụng nhóm 4 cyclon: VX=6Vs (4.69[8]) m3/h =1,36m3/s Khối lượng riêng của khí : kg/m3 Ta chọn quạt của viện NIOGAS (bảng 4.1 [8]) Cho (theo sổ tay 1 thì tỉ số này từ 540¸740), hệ số trở lực x = 160. Tính sơ bộ vận tốc quy ước vq’: m/s. Đường kính sơ bộ của cyclon: m Theo tiêu chuẩn D’ = 0,78Þ D = 0,8 m. m/s. Kiểm tra vận tốc : Trở lực của cyclon: ]) N/m2 ([8]) Các kích thước cơ bản của cyclon: Đường kính Chiều rộng cửa vào Chiều cao cửa vào Đường kính ống tâm Chiều cao vỏ trụ Chiều cao nón D,m b = 0,21D h = 0,66D do = 0,58D H1 = 1,6D H2 = 2D 0,8 0,168 m 0,528 m 0,464 m 1,28 m 1,28 m III . QUẠT: Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống: Quạt đặt ở đầu hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ cung cấp không khí cho caloriphe. Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua caloriphe, trao đổi nhiệt rồi đưa vào hầm sấy, qua 1 đoạn ống cong 90o. Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua xyclon để thu hồi sản phẩm. Đường ống từ sau hầm sấy đến trước cyclon có 2 đoạn cong 90o Quạt cấp không khí cho calorifer và khắc phục trở lực trong hệ thống. Các trở lực gồm có: Trở lực qua calorifer: DPca Trở lực qua cyclon: DPc Trở lực qua thiết bị sấy: DPs Trở lực qua đường ống: DPoâ Áp suất của động lực học: DPñ Trở lực của calorifer: DPca = 160 N/m2. (ñaõ tính trong phaàn calorifer) Trở lực của cyclon: DPc =608,1 N/m2 Trở lực qua hầm sấy: Trở lực do ma sát: l: hệ số ma sát, l = 0,02 ¸ 0,05 ta chọn l = 0,04 (theo T224[4]). l: chiều dài mà TNS chuyển động. l = 4lb = 4 x 30 = 120 m. r = r1 = 0,899 kg/m3 w : vận tốc TNS trong hầm, w = 1,87m/s. d: đường kính tương đương của tiết diện mà TNS chảy qua. m N/m2. Mỗi băng tải cách 2 đầu tường 30 cm và 70 cm. Trở lực cục bộ qua hai băng tải: Trở lực do đột thu từ băng tải đến khe hẹp xem như 1 ống gập. Tra bảng phụ lục 8[1] Þ e = 1,1 N/m2. ® Trở lực cục bộ trong hầm (TNS qua 5 lần đổi hướng). DPcb = 5P1 = 5x0,836 =4,18 N/m2. Þ Trở lực của buồng sấy: DPs = 1,96 +4,18 =6,14N/m2. Trở lực qua đường ống: Trở lực cục bộ qua đường ống: Độ mở từ quạt vào calorifer: Vận tốc khí trong ống từ quạt vào calorifer: Trở lực đột mở từ quạt vào calorifer: N/m2. Đột thu từ calorife vào ống: Đường ống dẫn từ calorifer vào hầm sấy có đường kính d = 800 mm. Vận tốc khí trong ống: m/s Trở lực đột thu: N/m2. Đột mở từ ống vào hầm sấy: công thức trong Phụ lục 8[1]. N/m2. Đột thu từ hầm sấy vào ống dẫn ra cyclon chọn ống có đường kính f = 0,7 m. m/s (thoả điều kiện làm việc của cyclon v=12¸25 m/s). N/m2. Trở lực do đổi hướng: Ta nhận thấy từ hầm sấy đến quạt gắn liền cyclon có 3 đoạn ống đổi hướng: x =ABC theo bảng T393 [4], ta chọn a/b =1 thì C = 1 R/dtđ =1 thì B = 0,21 Góc q = 90o thì A = 1 Vậy x =ABC = 0,21x1x1 = 0,21 N/m2 N/m2 Þ Tổng trở lực cục bộ qua đường ống là: Þ DPcb = DPt1 + DPt2 + DPm1 + DPm2 +DPgap1 +DPgap2,3 = 44+76+18,97+130,15+14,23 +57,32 = 340,67 N/m2 Trở lực do ma sát trên đường ống: l: chiều dài đoạn ống, m l: hệ số ma sát, chọn l = 0,03. Đoạn ống Chiều dài, m Vận tốc, m/s Đường kính d,m Khối lượng riêng r, kg/m3 DPms, N/m2 Từ quạt vào calorifer 5,0 10,96 0,8 1,128 12,7 Từ calorifer vào hầm 0,5 18,7 0,8 0,899 2,95 Từ hầm qua cyclon 3,0 16,24 0,7 1,035 17,55 Từ cyclon tới quạt 3,0 16,24 0,7 1,035 17,55 Tổng 50,75 Áp suất động lực học: N/m2. Tổng trở lực của quạt: DP = DPca + DPc + DPs + DPoâ + DPñ = 160 + 604+6,14+(340,67+50,75)+148,753 = 1310N/m2 = 133,6 mm H2O. chọn 2 quạt làm việc, mỗi quạt sẽ phải khắc phục trở lực mmH2O. Công suât quạt: (II239b[4]) hq: hiệu suât quạt. htr =1: lắp trực tiếp với trục động cơ điện. Tra đồ thị đặc tính quạt hình II, T485 [4]. Ta chọn quạt kí hiệu II4-70 No8. h= 0,7, tốc độ bánh guồng 34 m/s, w= 65 rad/s V=Vtb = 12481,439 m3/h. r = 1,029 kg/m3 Công suất động cơ cần dung. kW. = 10,01 Hp. Chọn động cơ có công suất 10 Hp. KẾT LUẬN Hệ thống sấy chuối bằng phương pháp sấy băng tải có năng suất 1 tấn sản phẩm/giờ. Sau khi tính toán, kich thước thiết bị cũng như một vài thông số tính toán cũng chưa phù hợp với các thông số thiết bị trên thực tế. Các tài liệu về sấy chuối cũng chưa thật rõ ràng để sinh viên có thể tính toán hết mọi thông số của hệ thống. Việc thiết kế, tính toán các hệ thống sấy phụ thuộc rất nhiều vào các số liệu thực nghiệm như các số liệu ẩm độ ban đầu, đường cong giảm ẩm, đường cong tốc độ sấy, Tuy nhiên, do điều kiện không cho phép nên trong phạm vi đồ án này không thể thực hiện thí nghiệm thực tế trên nguyên liệu chuối. Do đó, các số liệu và phương pháp tính toán trên đây dựa vào nhiều nguồn tài liệu khác nhau dẫn đến việc không đồng nhất trong tính toán cũng như sai số trong kết quả sau cùng. Mặc dù hệ thống sấy băng tải hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm nhưng do các sinh viên chưa được tham quan thực tế nên đa phần các tính toán còn thiên về lý thuyết, đôi chỗ chưa hợp lý và không khoa học. Chúng em mong thầy cô nhận xét và hướng dẫn thêm để góp phần hoàn thiện đồ án môn học hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Traàn Vaên Phuù, “Tính toaùn vaø thieát keá heä thoáng saáy”, NXB Giaùo duïc. [2]. Vuõ Baù Minh, Hoaøng Minh Nam, “Cô hoïc vaät lieäu rôøi”, NXB KHKT. [3]. Phaïm Vaên Thôm, “Soå tay thieát keá thieát bò hoùa chaát vaø cheá bieán thöïc phaåm ña duïng”, Ñaïi hoïc Caàn Thô, 1997. [4]. Caùc taùc giaû, “Soå tay quùa trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát taäp 1&2”, NXB Khoa hoïc vaø kó thuaät, Haø Noäi, 1982. [5]. Phaïm Vaên Boân, Vuõ Baù Minh, Hoaøng Minh Nam, “Ví duï vaø baøi taäp”, taäp 10 trong boä saùch “Quùa trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc”, tröôøng ÑH Baùch Khoa TpHCM. [6]. Buøi Haûi, Döông Ñöùc Hoàng, Haø Maïnh Thö, “Thieát bò trao ñoåi nhieät”, NXB KHKT. [7]. Nguyeãn Vaên Luïa, “Kó thuaät saáy vaät lieäu”, taäp 7 trong boä saùch “Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc vaø thöïc phaåm”, NXB ÑH Quoác gia Tp.HCM. [8]. Nguyeãn Vaên Luïa, “Khuaáy- Laéng -Loïc” trong boä saùch “Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc vaø thöïc phaåm”, NXB ÑH Quoác gia Tp.HCM. [9]. Nguyeãn Troïng Hieäp, Nguyeãn Vaên Laãm, “ Thieát keá chi tieát maùy”, NXB Giaùo duïc, 1999