Lời mở đầu Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt để hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ thực phẩm và hóa học. Bên cạnh đó, môn học này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng. Nhiệm vụ của Đồ án môn học này là thiết kế Thiết bị sấy đường mía, loại thùng quay nồng độ ban đầu là 1%, nồng độ cuối là 0,01% và năng suất nhập liệu là 1000kg/h được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy, bộ môn Quá trình & thiết bị, trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô bộ môn Quá trình và Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án còn nhiều sai sót, em rất mong quý thầy cô góp ý, chỉ dẫn. Em xin chân thành cảm ơn! 4 MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN……. Khái niệm chung về quá trình sấy………………………………………….
Nguyên lí quá trình sấy…………………………………………………. Phân loại phương pháp sấy……………………………………………. Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy:…………. Thiết bị sấy ………………………………………………………6 1.
Tổng quan về nguyên liệu-đường mía(Sacaroso) ………………………. Các tính chất hóa lý của đường sucrose ……………………………. Tổng quan về quy trình sản xuất đường sucrose trong công nghiệp…8 1. Lựa chọn thiết bị sấy đường sucrose…………………………………….
Lựa chọn tác nhân sấy đường sucrose ………………………………….9 PHẦN 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……………………………….10 PHẦN 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG………11 3. Cân bằng vật chất…………………………………………………………. Cân bằng năng lượng……………………………………………………….1 Quá trình sấy lý thuyết…………………………………………………….2 Quá trình sấy thực tế……………………………………………………….18 PHẦN 4: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH…………………………………………………. Tính công nghệ cho thùng sấy…………………………………………….
Đường kính, chiều dài và thể tích thùng sấy……………………………. Thời gian sấy lý thuyết và thực tế của vật liệu sấy và số vòng quay của thùng sấy…………………………………………………………………………. Kích thước và số cánh đảo (cánh nâng) trong thùng sấy………………. Lớp cách nhiệt cho thùng sấy………………………………………….1 Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy trong thùng sấy…………….2 Hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài thùng sấy……………….3 Tính lượng nhiệt tổn thất……………………………………….
Trở lực qua thùng sấy…………………………………………………….2 Tính cơ khí cho thùng sấy………………………………………………….1 Tính bề dày thùng sấy……………………………………………………… 29 4. Tính chọn bộ phận truyền động cho thùng sấy………………………….1 Tính chọn động cơ…………………………………………………. Chọn tỉ số truyền động…………………………………………….3 Tính bộ truyền bánh răng………………………………………….3 Tính vành đai………………………………………………………………. Tải trọng của thùng sấy……………………………………….
Tính con lăn chặn…………………………………………………41 PHẦN 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ………………………………. Tính hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy không khí phía ngoài ống……. Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước phía trong ống ……………………. Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát K………………………………………49 5.
Kiểm tra lại việc chọn……………………………………………………. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifier……………. Tính trở lực qua calorifier………………………………………………. Tính và chọn gầu tải nhập liệu…………………………………………….
Bộ phần kéo………………………………………………………………. Tang dẫn động……………………………………………………………. Năng suất và công suất của gầu tải………………………………………55 5. Tính và chọn cyclone……………………………………………………….4 Tính và chọn quạt………………………………………………………….
Tính trở lực ma sát trên đường ống………………………………………56 5. Trở lực ma sát từ đầu ra của quạt đẩy đến góc khuỷu…………. Trở lực ma sát từ góc khuỷu đến calorifier……………………. Trở lực ma sát từ calorifier đến góc khuỷu…………………….
Trở lực ma sat từ góc khuỷu đến thùng nhập liệu……………. Trở lực ma sát từ thùng chứa sản phẩm đến cyclone…………. Trở lực ma sát từ cyclone đến góc khuỷu………………………63 5. Trở lực ma sát từ góc khuỷu đến vào quạt hút…………………64 5.
Trở lực ma sát trong thùng sấy:………………………………. Tính trở lực cục bộ………………………………………………………. Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier………. Trở lực cục bộ do đột thu từ calorifier vào đường ống…………67 5.
Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống vào thùng nhập liệu…. Trở lực cục bộ do đột thu từ thùng chứa sản phẩm ra ống dẫn. Tính tổn thất cột áp động của quạt………………………………………. Tính tổn thất cột áp mà quạt cần khắc phục…………………………….
Tính và chọn quạt đẩy……………………………………………………. Tính và chọn quạt hút…………………………………………………….69 PHẦN 6: KẾT LUẬN………………………………………………………….70 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………71 4 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. Khái niệm chung về quá trình sấy 1. Khái niệm Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa.
Kết quả là làm cho hàm lượng chất khô của vật liệu tăng lên. Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Mục đích của quá trình sấy: - Kéo dài thời gian bảo quản - Tăng tính cảm quan cho thực phẩm - Làm chín một phần sản phẩm thực phẩm - Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm - Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho quá trình vận chuyển 1. Nguyên lí quá trình sấy Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơi ẩm thoát khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đố tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh.
1 Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Hai mặt của quá trình sấy cần nghiên cứu: + Mặt tĩnh lực học: tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy, tác nhân sấy từ đố xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy. + Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ, tốc độ và thời gian sấy phù hợp. Phân loại phương pháp sấy Sấy tự nhiên Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… (gọi là quá trình bay hơi tự nhiên).
+ Ưu điểm của phương pháp này là: - Tiến hành một cách đơn giản, dễ dàng, không đòi hỏi kĩ thuật cao. - Chi phí đầu tư thấp. + Nhưng bên cạnh đó phương pháp này lại đem theo rất nhiều nhược điểm: - Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật khi sấy, phụ thuộc vào khí hậu. - Cần diện tích lớn để thực hiện quá trình sấy.
- Độ ẩm sau khi sấy không điều chỉnh được để đảm bảo yêu cầu. - Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật. - Đòi hỏi sứa lao động, nhân công lớn. - Tốn thời gian, năng suất thấp.
2 Sấy nhân tạo Thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra thành nhiều dạng: - Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò,… - 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 một vách ngăn. - Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy. - Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vât liệu sấy.
- Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng. Ngoài ra còn có sấy lạnh, sấy phun,… Ưu điểm của sấy nhân tạo đó là khắc phục được những nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên. Nhưng cũng kéo theo những nhược điểm không tránh khỏi đó là tốn chi phí đầu tư trang thiết bị và chi phí để vận hành, hoạt động thiết bị đó thực hiện quá trình sấy. Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy: 1.
Tác nhân sấy Tác nhân sấy là những chất dùng để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và đưa ẩm đi ra khỏi thiết bị sấy. Trong quá trình sấy, cần có tác nhân sấy để thực hiện tách ẩm ra khỏi vật liệu để đảm bảo đưa vật liệu về độ ẩm an toàn. Đồng thời, khi sấy môi trường bao quanh vật liệu sấy luôn luôn được bổ sung một lượng ẩm tách ra từ vật liệu. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối của buồng sấy sẽ tăng lên và quá trình thoát ẩm của vật liệu sẽ dừng lại, 3 Do đó có thể nhận tấy nhiệm vụ của tác nhân sấy: + Gia nhiệt cho vật liệu sấy + Tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy + Đưa ẩm ra khỏi thiết bị sấy Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp: + Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt. + Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngoài ( sấy chân không). Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm.
Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng… + Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm.