(Đồ án hcmute) tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống máy sấy phun sử dụng đĩa ly tâm với năng suất 5 lít h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
MÁY SẤY PHUN SỬ DỤNG ĐĨA LY TÂM VỚI
NĂNG SUẤT 5LÍT/H

GVHD: ThS. LÊ HỒNG DU
SVTH: ĐẶNG THỊ THÙY
MSSV: 12116074

SKL 0 0 4 8 5 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2016-12116074

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG

MÁY SẤY PHUN SỬ DỤNG ĐĨA LY TÂM VỚI
NĂNG SUẤT 5 LÍT/H
GVHD: ThS. Lê Hồng Du
SVTH: Đặng Thị Thùy
MSSV: 12116074

i

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2016-12116074

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
MÁY SẤY PHUN SỬ DỤNG ĐĨA LY TÂM VỚI
NĂNG SUẤT 5 LÍT/H
GVHD: ThS. Lê Hồng Du
SVTH: Đặng Thị Thùy
MSSV: 12116074

ii

do an

iii

do an


iv

do an


v

do an


vi

do an


vii

do an


viii

do an

ix

do an


x

do an


xi

do an


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn đến thầy Lê Hoàng Du đã giúp đỡ và chỉ dẫn chúng em trong
q trình hồn thành luận văn này, thầy đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình tìm
hiểu và thực hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ trong Khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm đã
truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý giá để trong q trình học các mơn ở khoa,
những kiến thức này đã giúp chúng em rất nhiều trong quá trình làm đề tài luận văn tốt
nghiệp và cả trong công việc và cuộc sống sau này.
Trong khoảng thời gian ngắn và đây là lần đầu tiên chúng em bước vào tính tốn, thiết
kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em
rất mong nhận được sự chỉ bảo thêm của q thầy cơ cũng như các ý kiến đóng góp của
các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

xii

do an


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của
riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã
được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định.
Ngày 12 tháng 08 năm 2016
Ký tên

xiii

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ............................. Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN............................................................................. Error! Bookmark not defined.
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC ............................................................................................................................. xiv
DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................................xviii
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................... xx
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT............................................................................ xxi
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ........................................................................ xxiv
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... xxv
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 1
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY PHUN ........................................................... 1
1.1.1. Khái niệm ........................................................................................ ....1

1.1.2. Các giai đoạn trong quá trình sấy phun ..................................................... 1
1.1.3. Ưu nhược điểm của quá trình sấy phun..................................................... 2
1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng sấy phun .............................................................. 3
1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ SẤY PHUN ............... 3
1.2.1. Tình hình phát triển cơng nghệ sấy phun trên thế giới ................................. 3
1.2.2. Tình hình phát triển công nghệ sấy phun ở Việt Nam ................................. 5
1.3. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN ............................................. 5
1.3.1. Các khái niệm cơ bản ............................................................................ 5
1.3.2. Tĩnh học của quá trình sấy phun ............................................................ 10
1.3.3. Động lực học của quá trình sấy phun ..................................................... 14

xiv

do an


CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG SẤY PHUN .................................................. 17
2.1. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY SẤY PHUN ............................................ 17
2.2. CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN.......................................................................................... 17
2.2.1. Cơ cấu phun ....................................................................................... 17
2.2.2. Buồng sấy .......................................................................................... 20
2.2.3. Hệ thống thu hồi sản phẩm ................................................................... 23
2.2.4. Quạt .................................................................................................. 24
2.2.5. Bộ phận gia nhiệt khơng khí ................................................................. 24
2.2.6. Bơm nhập liệu .................................................................................... 25
CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY PHUN ............. 26
3.1. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI THIẾT KẾ ................................................................... 26
3.2. TÍNH TỐN CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG VÀ TÍNH TỐN CHO Q
TRÌNH SẤY THỰC .......................................................................................................... 28
3.2.1. Cân bằng năng lượng ........................................................................... 28

3.2.2. Tính tốn các thơng số q trình sấy thực ............................................... 34
3.3. TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ...................................................................................... 36
3.3.1. Tính tốn lựa chọn cyclone ................................................................... 36
3.3.2. Tính chọn bơm ................................................................................... 37
3.3.3. Tính tốn chọn quạt ............................................................................. 38
3.3.4. TÍNH TỐN CALORIFER ................................................................................... 45
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ BẢN VẼ VÀ GIA CƠNG CƠ KHÍ .......................................... 47
4.1 . THIẾT KẾ BẢN VẼ ................................................................................................. 47
4.1.1.Thiết kế đầu phun ................................................................................ 47
4.1.2. Thiết kế buồng sấy .............................................................................. 47

xv

do an


4.1.3. Thiết kế đường ống ............................................................................. 49
4.1.4. Thiết kế cyclone ................................................................................. 50
4.2. PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG VÀ CHẾ TẠO ........................................................ 51
4.2.1. INOX 304 .......................................................................................... 52
4.2.2. Bông thủy tinh .................................................................................... 52
CHƢƠNG 5. ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG ............. 53
5.1. CÁC THÔNG SỐ CẦN ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN ............. 53
5.1.1. Điều khiển động cơ làm quay đĩa ly tâm ................................................. 53
5.1.2. Điều khiển quạt hút cho hệ thống .......................................................... 54
5.1.3. Điều khiển nhiệt độ khơng khí nóng ...................................................... 54
5.2. CÁCH THỨC ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ...................................................... 56
5.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO
HỆ THỐNG ....................................................................................................................... 57
5.3.1. Mạch động lực ................................................................................... 57

5.3.2. Mạch điều khiển ................................................................................. 57
CHƢƠNG 6: AN TỒN LAO ĐỘNG, PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY.......................... 59
6.1. AN TỒN LAO ĐỘNG ............................................................................................. 59
6.1.1. Các biện pháp an tồn trong q trình gia cơng, thiết kế ............................ 59
6.1.2. Các biện pháp an tồn trong bố trí và lắp đặt ........................................... 60
6.1.3. Các biện pháp an toàn trong vận hành máy sấy phun ................................ 60
6.2. PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY (PCCC) .................................................................. 62
CHƢƠNG 7: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ...................................................................... 63
7.1. KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ SẤY TRÊN MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU .................. 63
7.2. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ....................................................................................... 63

xvi

do an


TÓM TẮT KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 68

xvii

do an


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Minh họa tổng thể cho quá trình sấy phun................................................................. 1
Hình 1.2. Đồ thị h-d của khơng khí ẩm ..................................................................................... 8
Hình 1.3. Đồ thị thể hiện sự hút và nhả ẩm của vật khi nhiệt độ khơng khí khơng đổi ............ 9
Hình 1.4. Ảnh hưởng của nồng độ Calcium Lignosulfanate đến năng suất bay hơi ẩm và
hiệu quả sử dụng nhiệt trong buồng sấy .................................................................................. 11

Hình 1.5. Ảnh hưởng của nồng độ Calcium Lignosulfonate đến hiệu suất thu hồi sản phẩm 11
Hình 1.6. Các giai đoạn làm khơ giọt vật liệu [5] .................................................................... 15
Hình 1.7. Đối lưu nhiệt và sự chuyển đổi khối lượng và quá trình tạo thành hạt rắn trong
sấy phun ................................................................................................................................... 15
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống thiết bị máy sấy phun ...................................................................... 17
Hình 2.2. Cơ cấu phun áp lực .................................................................................................. 18
Hình 2.3. Kết cấu của vịi phun khí động ................................................................................ 19
Hình 2.4. Cơ cấu phun đĩa ly tâm ............................................................................................ 20
Hình 2.5. Cấu hình điển hình của máy sấy phun ..................................................................... 22
Hình 2.6. Cyclone thu hồi sản phẩm ........................................................................................ 23
Hình 2.7. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi sản phẩm theo đường kính hạt sản phẩm [10] ... 24
Hình 2.8. Bơm nhu động cơng suất nhỏ .................................................................................. 25
Hình 3.1. Bố trí đường ống từ buồng sấy ra cyclone (X) và đường ống từ cyclone ra quạt
hút (Y) ...................................................................................................................................... 43
Hình 3.2. Thanh điện trở cánh tản nhiệt hình chữU......................................................46
Hình 3.3. Hình vẽ bộ phận caloriphe ....................................................................................... 46
Hình 4.1. Bản vẽ tổng quát đầu phun ...................................................................................... 47
Hình 4.2. Bản vẽ gia cơng thân buồng sấy .............................................................................. 48
Hình 4.3. Bản vẽ chân đế buồng sấy........................................................................................ 48

xviii

do an


Hình 4.4. Bản vẽ gia cơng nắp buồng sấy ............................................................................... 49
Hình 4.5. Bản vẽ gia cơng khớp nối nắp - buồng sấy .............................................................. 49
Hình 4.6. Bản thiết kế đường ống từ buồng sấy ra cyclone ..................................................... 50
Hình 4.7. Bản vẽ thiết kế đường ống từ cyclone ra quạt hút ................................................... 50
Hình 4.8. Bản vẽ chi tiết phần nắp cyclone ............................................................................. 51

Hình 4.9. Bản vẽ chi tiết thân cyclone ..................................................................................... 51
Hình 5.1. Động cơ Spindle ...................................................................................................... 53
Hình 5.2. Biến tần LS IC5 ....................................................................................................... 54
Hình 5.3. Đồng hồ hiển thị nhiệt độ ........................................................................................ 55
Hình 5.4. Đồng hồ điều khiển nhiệt độ .................................................................................... 55
Hình 5.5. SSR .......................................................................................................................... 56
Hình 5.6. Tủ điện ..................................................................................................................... 57
Hình 5.7. Mạch động lực máy sấy phun .................................................................................. 57
Hình 5.8. Mạch nguyên lý điều khiển heater ........................................................................... 58
Hình 5.9. Mạch nguyên lý điều khiển động cơ, quạt thông qua biến tần điều khiển bằng
biến trở ngồi ........................................................................................................................... 58
Hình 6.1. Sơ đồ vận hành máy ................................................................................................. 61
Hình 7.1. Máy sấy phun sau khi lắp đặt................................................................................... 63
Hình 7.2. Sản phẩm bột cà phê sấy ở các nhiệt độ khác nhau ................................................. 64
Hình 7.3. Sản phẩm bột sữa sấy ở các nhiệt độ khác nhau ...................................................... 64

xix

do an


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Kích thước hạt nguyên liệu sau quá trình phun sương ............................................ 12
Bảng 1.2. So sánh giá trị bề mặt truyền nhiệt [10] .................................................................. 13
Bảng 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đối lưu nhiệt và sự chuyển đổi khối lượng
tạo thành hạt rắn trong sấy phun .............................................................................................. 16
Bảng 3.1. Các thông số ban đầu............................................................................................... 26
Bảng 3.2. Các thơng số thu được trong q trình tính tốn cân bằng vật chất ........................ 27
Bảng 3.3. Thơng số đĩa phun ly tâm, động cơ điện ................................................................. 27
Bảng 3.4. Kích thước buồng sấy và giá trị tác nhân sấy .......................................................... 28

Bảng 3.5. Các thơng số kích thước của cyclone ...................................................................... 37
Bảng 5.1. Các thông số của động cơ Spindle .......................................................................... 53
Bảng 5.2. Các thông số của quạt .............................................................................................. 54
Bảng 7.1. Bảng khảo sát nhiệt độ sấy của các mẫu ................................................................. 63
Bảng A: Các thơng số chính của máy ...................................................................................... 66

xx

do an


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Kí hiệu

Đơn vị

QK

Nhiệt lượng do tác nhân nhận được từ calorifer

kJ/h

Gk

Khối lượng không khí vào

kg/h

h0

Enthalpy của khơng khí trước khi vào buồng sấy

kj/kgkk khơ

G1

Năng suất nhập liệu tính theo khối lượng vật liệu

kg/h

c1

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy

tv1

Nhiệt độ dịch thể vào

Gn

Lượng ẩm bốc ra từ vật liệu trong quá trình sấy

h2

Enthalpy của khơng khí tại nhiệt độ 800C

c2

Nhiệt dung riêng của bột sản phẩm

QBC
t2

kJ/kg0C
0

kg/h
kj/kgkk khô
kJ/kg0C

Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che

kJ/h
0

Nhiệt độ của khí ra khỏi buồng sấy
0

h1

Enthalpy của khơng khí tại nhiệt độ 180 C

Re

Chuẩn số Renoylds

w

Tốc độ trung bình của TNS

DT

Đường kính thiết bị

C

kj/kgkk khơ

m/s
m
m2/s

Độ nhớt động lực học
Nu

C

Chuần số Nusselt
Hệ số nhân

= f(Re, H/DT)

Hệ số dẫn nhiệt của khơng khí


Hệ số cấp nhiệt

Gr

Chuẩn số Grashof

T

Nhiệt độ

k

Hệ số độ nhám của thành trong thiết bị

0

C

tn = tw

Nhiệt độ của lớp thép thành ngoài thiết bị

0

C

tk = tf2

Nhiệt độ khơng khí bên ngồi

0

C

ttb

Nhiệt độ trung bình của thành thiết bị

0

C

g

Gia tốc trọng trường

m/s2

xxi

do an


Độ đen của vật
Hệ số cấp nhiệt của vật đen tuyệt đố

W/m2.K4



Bề dày của lớp thành thiết bị

mm

q

Nhiệt lượng truyền từ trong buồng sấy

W/m

Nhiệt độ bên trong của lớp thành bên trong thiết bị.

0

C

Nhiệt độ bên ngoài của lớp thành bên trong thiết bị.

0

C

Nhiệt độ bên trong của lớp bảo vệ bên ngoài thiết bị

0

C

Nhiệt độ bên ngoài của lớp bảo vệ bên ngoài thiết bị

0

C

K

Hệ số truyền nhiệt tổng quát

Dtb

Đường kính của thiết bị bao gồm lớp các nhiệt và lớp bảo vệ

m

F

Diện tích

m2

R

Bán kính của buồng sấy

m

r

Bán kính cửa ra của buồng sấy

m

ls

Độ dài đường sinh

m

d0

Độ chứa hơi của khơng khí ban đầu

kg ẩm/kgkk

d1

0

Độ chứa hơi của khơng khí tại 180 C

kg ẩm/kgkk

h’2

Enthalpy của khơng khí ra trong q trình sấy thực

d’2

Độ chứa hơi của khơng khí ra trong q trình sấy thực

2

Độ ẩm tương đối của khơng khí ra

P

Áp suất khí trời

mmHg

Ph2

Áp suất riêng của hơi nước ở nhiệt độ

mmHg

Gk’

Lượng khơng khí tiêu hao trong q trình sấy thực

l’

Lượng khơng khí tiêu hao riêng trong q trình sấy thực

kgkk khơ
kg ẩm/kgkk

kgkk khơ/h
kgkk
khơ/kg ẩm

Qv

Lưu lượng khơng khí vào

m3/h

wp

Tốc độ quy ước trong cyclone

m/s

D

Đường kính cyclone

m
kg/m3

Khối lượng riêng
H0

Chiều cao hình học đưa chất lỏng lên

xxii

do an

m


H

Cột áp tồn phần bơm tạo được khi chạy

m

Nb

Cơng suất của bơm

W

β

Hệ số an tồn

η

Hiệu suất hữu ích tổng cộng của thiết bị bơm

P

N/m2

Trở lực
Đường kính ống dẫn

m

l

Chiều dài ống dẫn

m

wk

Vận tốc dịng khí

m/s

Hệ số trở lực cục bộ
yv

Nồng độ bột sữa của hệ khí đi vào cyclone

Ɛ

Hệ số độ nhám

%
mm

Regh

Trị số Râynon giới hạn trên khu vực nhãn thuỷ học

Ren

Trị số đặc trưng cho khu vực nhám

Ndc

Công suất quạt

q

Hiệu suất chung của quạt

QC

Lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy nóng khơng khí

kW

xxiii

do an

kcal/h


TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Trong đồ án này chúng tôi tiến hành nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy phun quy mơ
phịng thí nghiệm sử dụng cho sản xuất một số thực phẩmthông dụng nhằm phục vụ cho
giảng dạy và nghiên cứu.Sau 5 tháng thực hiện, chúng tôi đã chế tạo thành công hệ thống
máysấy phun với năng suất 5 lít/giờ. Thiết bị được chế tạo có đường kính buồng sấy là
60cm, tổng chiều cao 150 cm. Hệ thống được trang bị một motor điện có thể điều chỉnh tốc
độ quay của đĩa ly tâm trong khoảng 4000 - 24000 vòng/phút; một caloriphe gia nhiệt tác
nhân sấy lên đến 250oC, một cyclone thu hồi sản phẩm và một quạt hút để điều kiển lưu
lượng. Chúng tôi đã vận hành thử nghiệm trên một số loại nguyên liệu là dịch

maltodextrin, sữabò tươi, dịch cà phê và thu được kết quả khá tốt: máy hoạt động ổn định,
sản phẩm thu được có màu sắc đặc trưng, kích thước hạt bột đồng đều, mịnvà có độ ẩm
dưới 5% (đạt yêu cầu cho bảo quản).

xxiv

do an