Đồ án: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt đậu nành năng suất 1000 kg/h

Tải đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt đậu nành năng suất 1000 kg/h. Tài liệu có thuyết minh, tính toán cân bằng vật chất, năng lượng và bản vẽ.

• Tác giả: Mạch Ngọc Xuân Trà
• Người hướng dẫn: Nguyễn Tiến Lực
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt đậu nành năng suất 1000 kg/h
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Sấy Thùng Quay Hạt Đậu Nành 1000kg h

Đồ án sấy thùng quay hạt đậu nành 1000kg/h là một dự án thiết kế công nghệ thực phẩm quan trọng, nhằm xây dựng hệ thống sấy hiện đại với năng suất cao. Dự án này được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Tiến Lực. Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế một hệ thống sấy thùng quay đạt năng suất 1000kg/giờ, giúp chế biến đậu nành sấy giòn với chất lượng cao. Dự án bao gồm các nội dung như tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, thiết kế thiết bị chính và phụ, cũng như quy hoạch mặt bằng nhà máy sấy. Đây là một công trình hoàn chỉnh từ lý thuyết đến thực tiễn, đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp hiện đại.

1.1. Khái Niệm Về Quá Trình Sấy

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm thông qua dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường. Mục đích chính của quá trình sấy là giảm độ ẩm của sản phẩm, nâng cao chất lượng bảo quản, và gia tăng giá trị kinh tế của sản phẩm nông sản.

1.2. Ưu Điểm Của Máy Sấy Thùng Quay

Máy sấy thùng quay mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong công nghệ thực phẩm. Hệ thống này gọn nhẹ, dễ tự động hóa, tiết kiệm không gian sản xuất và hiệu quả cao. Thiết bị sấy loại này phù hợp với các yêu cầu của công nghiệp hiện đại về chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất.

II. Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Máy Sấy Thùng Quay

Máy sấy thùng quay được cấu tạo từ nhiều bộ phận chính và phụ hoạt động điều hòa với nhau. Thùng chính là một hình trụ nằm ngang, quay liên tục bằng hệ thống truyền động. Bên trong thùng có các cánh khuấy giúp vật liệu ẩm được tiếp xúc đều đặn với tác nhân sấy (không khí nóng). Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy thùng quay dựa trên sự trao đổi nhiệt giữa không khí nóng và hạt đậu nành. Không khí nóng được tạo bởi calorifer hoặc buồng đốt, được đưa vào thùng từ phía dưới và thoát ra phía trên qua hệ thống xyclon. Hạt đậu nành được đưa vào từ một đầu và thoát ra từ đầu kia, tạo thành quy trình sấy liên tục với năng suất 1000kg/h.

2.1. Các Bộ Phận Chính Của Hệ Thống

Hệ thống sấy thùng quay bao gồm: thùng sấy chính, calorifer cấp nhiệt, quạt kéo, hệ thống xyclon tách bụi, đường ống dẫn khí, và bộ truyền động. Mỗi bộ phận được thiết kế tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cao.

2.2. Sơ Đồ Quá Trình Sấy Hạt Đậu Nành

Quy trình sấy bao gồm các bước: tiếp nhận nguyên liệu, làm sạch hạt, đưa vào máy sấy, điều khiển nhiệt độ và thời gian sấy, tách bụi qua xyclon, và thu thập sản phẩm sấy giòn. Sơ đồ chi tiết giúp tối ưu hóa năng suất 1000kg/h và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Sấy Thùng Quay

Tính toán thiết kế là phần quan trọng nhất của đồ án sấy thùng quay hạt đậu nành 1000kg/h. Bước đầu tiên là tính toán cân bằng vật chất để xác định khối lượng nước cần thoát ra và khối lượng sản phẩm cuối cùng. Cân bằng năng lượng được thực hiện để tính toán lượng nhiệt cần cung cấp, bao gồm nhiệt làm bay hơi nước, nhiệt làm nóng vật liệu, và tổn thất nhiệt qua vách thùng cũng như môi trường. Tổn thất nhiệt được chia thành ba loại: tổn thất do vật liệu sấy mang ra ngoài, tổn thất ra môi trường, và tổn thất do các quá trình phụ. Dựa trên các tính toán này, ta xác định được các thông số kỹ thuật của thùng sấy, calorifer, quạt, xyclon, và các thiết bị phụ khác.

3.1. Cân Bằng Vật Chất Và Năng Lượng

Cân bằng vật chất tính toán khối lượng nước bay hơi và nước còn lại trong sản phẩm dựa trên độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối cùng mong muốn. Cân bằng năng lượng xác định tổng lượng nhiệt Q cần cung cấp theo công thức Q = Qhv + Qvl + ΔQ, trong đó Qhv là nhiệt làm bay hơi, Qvl là nhiệt làm nóng vật liệu, và ΔQ là tổn thất nhiệt.

3.2. Tính Toán Thiết Bị Chính Và Phụ

Thiết bị chính bao gồm thùng sấy với kích thước tối ưu, calorifer được thiết kế để cung cấp nhiệt đủ cho năng suất. Thiết bị phụ gồm: quạt kéo có công suất phù hợp, xyclon tách bụi hiệu quả, đường ống dẫn khí với đường kính thích hợp, và bộ truyền động có công suất phanh.

IV. Quy Hoạch Nhà Máy Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Quy hoạch mặt bằng nhà máy sấy là bước cuối cùng của đồ án sấy thùng quay hạt đậu nành 1000kg/h, nơi tích hợp tất cả các thiết bị vào một không gian sản xuất hợp lý. Địa điểm xây dựng được lựa chọn dựa trên các tiêu chí: gần nguồn nguyên liệu, thuận lợi về giao thông, có nguồn nước sạch, không ảnh hưởng tới cộng đồng lân cận. Tiêu chuẩn thiết kế nhà xưởng thực phẩm đòi hỏi bố trí công hợp lý: khu tiếp nhận và chuẩn bị nguyên liệu, khu máy sấy chính, khu tách bụi và xử lý khí thải, khu đóng gói sản phẩm, khu kho bảo quản, khu hành chính và phòng thí nghiệm. Tổng diện tích nhà máy được tính dựa trên diện tích các phân xưởng chính, phân xưởng phục vụ sản xuất, và các khu vực hành chính, đảm bảo dòng chảy sản xuất mịn mà và tuân thủ các quy định vệ sinh an toàn thực phẩm.

4.1. Tiêu Chuẩn Thiết Kế Nhà Máy Sấy Đậu Nành

Nhà máy sấy phải đáp ứng tiêu chuẩn về vệ sinh, an toàn lao động, và bảo vệ môi trường. Bố trí phòng sấy cách xa khu vực tiếp nhận để tránh ô nhiễm chéo, có hệ thống xử lý khí thải, nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường, và đảm bảo điều kiện làm việc an toàn cho nhân công.

4.2. Diện Tích Các Phân Xưởng Sản Xuất

Diện tích nhà máy được phân chia chi tiết: phòng sấy chính (diện tích tính dựa trên kích thước máy sấy và hệ thống đi kèm), phòng xử lý khí thải, kho bảo quản sản phẩm, khu chuẩn bị nguyên liệu, khu đóng gói, và các phòng phục vụ khác. Tính toán diện tích chính xác giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan sấy Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Mục đích của quá trình sấy là giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt.[1] Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.

Sấy là quá trình không ổn định, độ ẩm của vậy liệu sấy thay đổi theo không gian và thời gian.  Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lực học Tĩnh lực học: sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối vật liệu sấy và của các tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết.[1] Động lực học: khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình ví dụ như tính chất và cấu trúc vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy,… từ đó xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp. Vật liệu sấy Những vật đem sấy đều là những vật ẩm có chứa một khối chất lỏng đáng kể (chủ yếu là nước). Trong qúa trình sấy ẩm chất lỏng trong vật bay hơi, độ ẩm của nó giảm.

Trạng thái của vật liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt đôj của nó. Độ ẩm của vật có thể bieeur thị qua độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm toàn phần, độ chứa ẩm.[2] - Độ ẩm tuyết đối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng vật liệu tuyệt đối. Đổ ẩm tuyệt đối có giá trị từ 0% đến ∞. Vật có độ ẩm tuyệt đối 0% là vật khô tuyệt đối và vật có độ ẩm ∞ là vật chứa toàn bộ nước.[2] - Độ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng của vật ẩm ẩm.

Độ ẩm toàn phần có gía trị từ 0 đến 100%. Vật có độ ẩm toàn phần Đồ án quá trình thiết bị sấy thùng quay GVHD: TS. Nguyễn Tiến Lực 0% là vật khô tuyệt đối và 100% là vật toàn nước. Như vậy độ ẩm toàn phần luôn luôn nhỏ hơn 100%.[2] - Độ chứa ẩm là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối.

Độ chứa ẩm không những đặc trưng cho toàn bộ vật mà còn có thể đặc trưng cho từng vùng vật thể. [2] 3 - Nồng độ ẩm là khối lượng ẩm chứa trong 1 m vật thể. Nồng độ ẩm ký hiệu N. - Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó.

Ở trạng thái này độ chứa ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này không tồn tại sự trao đổi chất ẩm giữa vật và môi trường. Như vậy độ ẩm cân bằng phụ thuộc trạng thái của môi trường bao quanh vật. Độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó xác định giới hạn quá trình sấy và dùng để xác định độ ẩm bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau.

Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu ẩm a. Liên kết hóa học Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó các phân tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm. Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật thay đổi.

Trong quá trình sấy ẩm liên kết hóa học không bị tách ra. Quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hóa lý của vật b. Liên kết hóa lý Gồm hai kiểu liên kết gồm: liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu  Liên kết hấp phụ Trong các vật ẩm ta gặp những vật keo. Vật keo có cấu tạo dạng hạt.

Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên trong rất lớn. Vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với nước, ẩm sẽ xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt  Liên kết thẩm thấu Đồ án quá trình thiết bị sấy thùng quay GVHD: TS. Nguyễn Tiến Lực Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước với vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có chênh lệch áp suất hơi nước.

Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vật biến dạng. Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với nước bình thường và không chứa các chất hòa tan vì các chất hòa tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tế bào cùng với nước. Liên kết cơ lý Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt  Liên kết cấu trúc Liên kết cấu trúc là liên kết giữa nước và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật.

Để tách nước trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho nước bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật,…. Sau khi tách nước vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha.[2]  Liên kết mao dẫn Nhiều vật ẩm có cấu trúc taoh mao dẫn như gỗ, vải, …. Trong các vật thể này có vô số các mao dẫn. Các vật thể này khi để trong nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thể.

Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Muốn tách ẩm có liên kết mao dẫn ta cần làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích thước, hình dáng và các tính chất hóa lý. [2]  Liên kết dính ướt Là liên kết do nước bám dính vaò bề mặt vật.

Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm 1. Phân loại vật ẩm Đồ án quá trình thiết bị sấy thùng quay GVHD: TS. Nguyễn Tiến Lực Theo cách phân loại dựa vào tính chất vật lý thì có 3 nhóm vật liệu ẩm: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo mao xốp  Vật xốp mao dẫn Những vật mà trong đó ẩm liên kết vớ vật liệu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn được goi là vật xốp mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng.

Ví dụ như vật liệu xây dựng, than củi, cát thạch anh,…. Ở những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyêts định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên dòn và có thể bị vỡ vụn. [2]  Vật keo Vật keo là vật có tính dẻo do cấu trúc hạt.

Trong vật keo ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu. Ví dụ keo động vật, vật liệu cellulose, tinh bột,…. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy khi bị co ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính dẻo[2]  Vật keo xốp mao dẫn Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn thì được gọi là vật keo xốp mao dẫn. Ví dụ như than bùn, gỗm các loại hạt và một số thực phẩm.

Về cấu trúc các vật này thuộc loại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo có nghiã là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô thì co lại. Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy khô trở nên giòn như bánh mì, rau xanh,… [2] 1. Tác nhân sấy Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy. Trong quá trình sấy môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy.

Nếu lượnjg ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngừng lại, lúc này phân áp suất của hơi nước trong buồng sấy. Do vậy cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật để hóa hơi ẩm lỏng đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy. Các tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí, khói, hơi quá nhiệt. Chất lỏng cũng được sử dụng làm tác nhân sấy như các Đồ án quá trình thiết bị sấy thùng quay GVHD: TS.

Nguyễn Tiến Lực loại dầu, một số loại muối nóng chảy,…. Ngoài ra tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho sản phẩm ấy và bảo vệ sản phẩm ra khỏi quá nhiệt. [2]  Khái niệm về hỗn hợp không khí ẩm Hỗn hợp không khí và hơi nước được gọi là hỗn hợp không khí ẩm, sau đây là một số khái niệm đặc trưng cho hỗn hợp không khí ẩm - Độ ẩm tuyết đối của không khí là lượng hơi nước chứa trong một 1kg không khí khô, kí hiệu ̅ (kg hơi nước/kg không khí khô) - Độ ẩm tương đôí của không khí hay còn gọi là độ bão hòa hơi nước được định nghĩa bằng ρA/PA trong đó ρA là áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm và PA là áp suất hơi bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ bầu khô. Độ ẩm tương đối được kí hiệu là .