THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÂN – CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG, TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ
MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI THIẾT KẾ
Trong đồ án này, chúng tôi sẽ thiết kế máy sấy phun nhằm ứng dụng cho nhiều loại nguyên liệu thực phẩm Các số liệu tính toán sẽ được dựa trên sản phẩm cụ thể là sữa bò tươi, vì đây là nguồn nguyên liệu phổ biến nhất trong công nghệ sấy phun, đại diện cho nhiều loại nguyên liệu khác.
CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TRONG HỆ THỐNG SẤY PHUN
Dựa trên các thông số ban đầu cùng với phương trình cân bằng vật chất và năng lượng, chúng tôi tiến hành tính toán và thiết kế các thiết bị theo một trình tự cụ thể.
Bước 1: Lựa chọn các thông số ban đầu
Các thông số đầu vào và đầu ra bao gồm năng suất nhập liệu, nồng độ nhập liệu, độ ẩm, nhiệt độ đầu vào và đầu ra sản phẩm.
Các thông số kỹ thuật để đạt các yêu cầu đặt ra như đầu vận tốc đầu phun, kích thước đĩa phun,
Bước 2: Cân bằng vật chất
Sau khi lựa chọn được các thông số cơ bản tính toán cân bằng vật chất nhằm tính lượng ẩm bốc ra, lưu lượng khí nóng cần cung cấp
Bước 3: Tính toán kích thước buồng sấy
Có nhiều cách để tính toán kích thước buồng sấy, ở đây tôi dựa theo bán kính tán phun đĩa ly tâm để thiết kế đường kính buồng sấy
Bước 4: Xác định thời gian sấy Để tính toán thời gian sấy ta cần nắm được động học quá trình sấy, quỹ đạo chuyển động của tác nhân sấy
Bước 5: Tính cân bằng năng lượng
Tính lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy bao gồm nhiệt cần cho quá trình đốt nóng vật liệu ẩm, nhiệt bay hơi nước
Bước 6: Tính quá trình sấy thực
Lượng nhiệt thực tế cần cung cấp bằng nhiệt để thực hiện quá trình sấy và nhiệt để tổn thất
Từ lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực ta tính được lưu lượng khí nóng cần cung cấp
Bước 7: Tính toán thiết bị phụ
Các thiết bị phụ bao gồm Cyclon, quạt hút, bơm nhập liệu, calorifer.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.3.1 Các thông số ban đầu Điều kiện không khí ngoài trời tại Thành phố Hồ Chí Minh có nhiệt độ trung bình t0
Năng suất nhập liệu: Gt = 5 lít/h Độ ẩm của nguyên liệu sấy ban đầu: W1 = 55% Độ ẩm thành phẩm: W2 = 3%
Nhiệt độ của nguyên liệu đầu vào: tv1 = 40℃
Khối lượng riêng của nguyên liệu trước khi sấy: 𝜌 𝑑𝑡 = 1142,6 (kg/m 3 )
Khối lượng riêng sữa bột sau khi sấy 𝜌 𝑏 = 1427,55 (kg/m 3 ) [8]
Nhiệt dung riêng của sữa sau khi cô đặc có giá trị Ccđ = 2,94 (kj/kg℃) [2]
Nhiệt dung riêng của sữa bột thành phẩm có giá trị: Cb = 1,44 (kj/kg.℃) [2]
2.3.2 Tính cân bằng vật chất
Năng suất nhập liệu tính theo khối lượng nguyên liệu:
Trong suốt quá trình sấy thì hàm lượng chất khô tổng trong nguyên liệu và trong sản phẩm là như nhau nên ta có:
G0: hàm lượng chất khô tổng trong nguyên liệu (kg/h)
G1: năng suất nhập liệu (kg/h)
G2: khối lượng sản phẩm (kg/h)
Lượng ẩm bốc ra từ vật liệu trong quá trình sấy được xác định bằng sự chênh lệch giữa khối lượng nguyên liệu đầu vào và khối lượng sản phẩm đầu ra.
Tính toán các thông số trong quá trình sấy
Trong quá trình sấy phun, nhiệt độ đầu vào thường đạt 180℃, trong khi nhiệt độ đầu ra dao động từ 70 đến 90℃, tùy thuộc vào nhiều yếu tố Vì vậy, trong thiết kế này, chúng tôi đã chọn nhiệt độ đầu vào là 180℃ và nhiệt độ đầu ra là 80℃.
Độ chứa hơi của không khí ban đầu: Độ chứa ẩm của không khí là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô: d0 = 𝐺 𝑛
Pk : áp suất không khí khô
Pn : áp suất ẩm trong không khí
Pn = 𝜑 0 Phbh tại thời điểm t0 tra theo đồ thị h-d ta có Phbh = 38 mmHg = 5067 (N/m 2 )
Với Phbh là áp suất khí tại trạng thái bão hòa, 𝜑 0 là độ ẩm tương đối của không khí Áp suất khí quyển 𝛽 = 760 mmHg = 760/(7,5.10 -3 ) = 101333,33 (N/m 2 ) = 1 atm
𝛽−𝜑 0 ∗𝑃 ℎ𝑏ℎ (2.5) Áp suất hơi bão hoà ứng với nhiệt độ t0 được xác định theo công thức:
= 0,0422 bar = 0,0416 atm (1bar = 0,98692 atm) thế vào (2.5) ta được: d0 = 0,622.0,77.0,0416
1− 0,0416 = 0,02 kg ẩm/kgkk Enthalpy của không khí trước khi vào buồng sấy [14]:
Không khí vào Calorifer được đốt nóng đến nhiệt độ t1 = 180 0 C, d1= d0 = 0,02 kg ẩm/kgkk
Enthalpy của không khí khi ra khỏi heater:
Quá trình sấy lý thuyết do vậy enthalpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: H2 = H1, t2 = 80 o C d2 = 𝐻 2 − 1,004.t 2
Tính toán lượng không khí cần cho quá trình sấy
Lượng không khí tiêu hao riêng: l = 1 d2−d1 = 1
0,059−0,02 = 25,64 kgkk khô/kg ẩm (2.10) Lượng không khí tiêu hao cho vật liệu sấy trong quá trình sấy:
Gk = l.Gn = 25,64.3,063 = 78,54 kgkk khô/h (2.11) Lưu lượng không khí vào, ra khỏi buồng sấy:
𝜌 2 (2.12) Trong đó: 𝜌1 và 𝜌2 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t1 và t2
Pn tra trong đồ thị h-d ta được 22 mmHg = 2933 (N/m 2 )
(180+273).462 = 0,77 kg/m 3 Tượng tự ta có 𝜌 2 = 0,989 kg/m 3
V1 = 102 (m 3 /h) ; V2 = 79,41 (m 3 /h) Lưu lượng không khí khô trung bình chuyển động trong tháp sấy phun:
Lưu lượng không khí thực chuyển động trong tháp sấy bao gồm lượng không khí khô và lượng hơi ẩm bốc từ vật liệu sấy:
Vt = V+ Gn/𝜌 ℎ = 90,7 + 3,063/1,296 = 93,06 (m 3 /h (2.16) Trong đó 𝜌 ℎ = 1,296 (Kg/m 3 )
2.3.3 Tính toán, thiết kế thiết bị chính
Hệ thống sấy phun có buồng sấy đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi ẩm giữa vật liệu và tác nhân sấy Hình dáng và kích thước của buồng sấy ảnh hưởng đến tốc độ và thời gian sấy Buồng sấy hình trụ tròn với đáy hình côn là thiết kế phổ biến và phù hợp nhất cho quá trình này Vì vậy, trong đồ án này, chúng tôi sẽ thiết kế buồng sấy phun hình trụ có đáy côn.
Hình 2.1 Mô hình thiết kế buồng sấy
A – phần trụ của buồng sấy; B – phần côn của buồng sấy
C – vị trí đặt chân đế; D – đường nối với ống
Kích thước của buồng sấy, bao gồm đường kính và chiều cao, đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả sấy Những kích thước này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó việc lựa chọn cơ chế đầu phun và thiết kế cơ cấu đầu phun là hai yếu tố then chốt.
2.3.3.1 Tính toán đầu phun ly tâm – chọn động cơ điện
Đầu phun ly tâm được thiết kế để hoạt động với động cơ điện, đạt tốc độ từ 4000 đến 20000 vòng/phút Nhờ vào lực ly tâm, chất lỏng trên các rãnh của đĩa sẽ được văng ra ngoài thành các hạt sương.
Việc tính toán và thiết kế đầu phun cần phải phù hợp với thiết kế của nắp buồng sấy, do đó, nắp và đầu phun là hai bộ phận được gia công tỉ mỉ nhất Cơ cấu phun ly tâm bao gồm bốn bộ phận cơ bản: trục kết nối với động cơ, ốp hình chóp bao bọc trục và gắn với động cơ, khối trụ để ốp vòng bi và dẫn nguyên liệu sấy, cùng với đĩa phun Trong số đó, đĩa phun là bộ phận quan trọng và phức tạp nhất.
Ta lựa chọn bán kính đĩa phun R = 0,025m
Hình 2.2 Mô hình thiết kế đầu phun
Lựa chọn động cơ điện phải phù hợp với mục đích yêu cầu của thiết bị như:
- Đảm bảo điện áp của dòng điện
- Đáp ứng số vòng quay của đầu phun
- Đầu kẹp phải đúng kích thước với trục đĩa phun
Chọn động cơ điện spindle với các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 3: Thông số kỹ thuật động cơ
Công suất 1,5 KW Điện áp 220 VAC (Nối với đầu ra biến
Kich thước Đường kính 80 mm, chiều dài 188 mm
Tốc độ tối đa 24000 vòng/ phút Đầu kẹp ER11-A
2.3.3.2 Xác định đường kính của buồng sấy
Đường kính trung bình của hạt lỏng phun ra: dtb = 98,5 1
𝜎 là sức căng bề mặt của dịch thể ở nhiệt độ lúc đi vào đĩa, N/m ρ dt là khối lượng riêng của dịch thể kg/m 3 , ρ dt = 1142,6 (kg/m 3 )
R là bán kính của đĩa văng ly tâm, m n là số vòng quay của đĩa (4000-20000 vòng/phút), m/s g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2
Trong quá trình sấy phun, tốc độ vòng quay thường được sử dụng là n = 10000 vòng/phút [14], [18]
𝜎 = (42,4 - 51,5 dyn/cm) = 50 dyn/cm = 0,05 N/m = 0,05 J/m 2 (tra theo thông số vật lý của sữa) [17]
Thay vào (2.17) ta có: dtb = 98,5 1
Tốc độ quay của đĩa v = R.𝜔 = 0,025.1046,6 = 26,17 (m/s) (2.29)
Độ phân tán lúc phun được xác định [12]: l = √ 𝜎.ℎ 𝑐
Sức căng bề mặt của dung dịch phun được xác định là 𝜎 = 0,05 N/m, tương đương với 5,0986 x 10^-3 kgf/m (1 N = 0,101972 kgf/m) Kích thước tương đương của lỗ phun được chọn là hc = 3 mm Tốc độ quay của đĩa phun, ký hiệu là v0, được tính là 26,17 m/s.
𝜌 là khối lượng riêng của dòng nhập liệu = 1142,6 (kg/m 3 )
Thay số vào (2.20) ta có: l = √ 𝜎.ℎ 𝜌.𝑣 𝑐
Bán kính tán phun có thể xác định theo phương trình chuẩn số sau đây [13]:
Re là chuẩn số Reynold được tính:
Dc là đường kính đĩa ly tâm = 50 mm = 0,05 m
𝜈 là độ nhớt động lực học được xác định theo công thức sau:
𝜌 (m 2 /s) với à = (30 – 40) poa => chọn à= 40 poa = 40.10 -3 N/m Thay số vào (2.24) ta được:
𝑅 𝜑 là bán kính tán phun (m)
G1 là khối lượng dung dịch được phun G1 = 5,713 Kg/h
Gk là lượng tác nhân khô tiêu hao cho quá trình sấy Gk = 78,54 kg kkk/h r là ẩn nhiệt hóa hơi của pha lỏng (J/kg)
𝑡 1 , 𝜆 𝑘 , 𝜇 𝑘 lần lượt là nhiệt độ vào sấy, hệ số dẫn nhiệt của tác nhân, độ nhớt của tác nhân sấy
Nhiệt độ bề mặt bay hơi của giọt lỏng được ký hiệu là 𝜃 𝑚, trong khi kích thước đặc trưng của đĩa phun được biểu thị bằng l Đường kính lớn nhất của giọt lỏng được phun ra được gọi là dmax.
78,54 = 0,073 > 6,5.10 -2 Như vậy ta sẽ lựa chọn công thức (2.22) để tính toán bán kính tán phun
Với bán kính tán phun là 0,34m, đường kính buồng sấy cần đạt 0,68m Tuy nhiên, nhờ sự kết hợp của quỹ đạo dòng phun và dòng khí nóng, đường kính buồng sấy có thể giảm xuống, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và vật liệu gia công, đồng thời cho phép tăng chiều cao buồng sấy Do đó, chúng ta lựa chọn đường kính thiết bị là D = 0,6m.
2.3.3.3 Xác định chiều cao của buồng sấy
Chiều cao phần trụ của tháp sấy phun được xác định theo công thức [14]
𝜆.(𝑇 1 − 𝑇 ư )) 0,462 (2.25) Trong đó dtb là đường kính giọt vật liệu = 132.10 -6 (m)
Re là chuẩn số Renold
𝜈 (2.26) Với: ν là độ nhớt của không khí ở 130 0 C = 26,6.10 -6 m 2 /s
𝜔 là vận tốc dòng khí chuyển động trong thiết bị
26,6.10 −6 = 0,45 r là ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 130 0 C = 2179 kJ/kg
𝜆 là hệ số dẫn nhiệt của không khí = 3,42.10 -2 W/m 2 độ
T1 là nhiệt độ trung bình = 130 0 C
Tư là nhiệt độ bầu ướt tra từ giản đồ không khí ẩm được 43 0 C
Tính toán chiều cao đáy côn
Chọn bán kính ngã lấy sản phẩm: r = 0,021 m
Hn là chiều cao đáy côn:
Hn = tg60 0 (R-r) = tg60 0 (0,3-0,021) = 0,5 m (2.27) Buồng sấy được thể hiện chi tiết ở hình vẽ sau:
Hình 2.3 Kích thước tổng thể buồng sấy 2.3.3.4 Thiết kế nắp buồng sấy
Hình 2.4 Hình dạng nắp buồng sấy
A – kệ nắp; B – đầu vào khí nóng;
C – vị trí đặt bộ phận đầu phun; D – đầu ra của khí nóng Nắp buồng sấy được thiết kế phải có các bộ phận chính:
Kệ đỡ giữ nắp cố định với buồng sấy, đảm bảo bộ phận đầu phun được thiết kế và gia công chính xác để tránh lệch trục và giảm thiểu khe hở Đường ống cung cấp khí nóng vào buồng sấy cần đủ rộng để dẫn khí vào nắp, đảm bảo luồng khí nóng phân bố đều trong buồng sấy.
Bản vẽ chi tiết cho nắp buồng sấy:
Hình 2.5 Thiết kế chi tiết nắp buồng sấy
2.3.3.5 Xác định tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy
Xác định tốc độ tác nhân sấy Để xác định tốc độ tác nhân sấy, ta cần xác định hai yếu tố:
Tốc độ do lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy
Tốc độ lơ lửng của hạt bụi trong buồng sấy
Tốc độ lơ lửng của hạt khô được xác định như sau : [19]
Re1: hệ số Reynolds phụ thuộc vào tiêu chuẩn Fedorov (Fe)
Độ nhớt động của không khí ở áp suất khí quyển tại nhiệt độ trung bình 130°C được ký hiệu là 𝜈 𝑘 Để xác định độ nhớt động, cần tham khảo bảng thông số vật lý của không khí khô Đường kính của hạt dịch thể cũng là yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu độ nhớt này.
𝜈 𝑘 = 27,8.10 -6 m 2 /s Đường kính của hạt sương : d = 132 𝜇𝑚
Khối lượng riêng của dịch sữa ở nhiệt độ sấy là: 𝜌 𝑘 = 0,854 kg/m 3
Khối lượng riêng của sữa bột sạu khi sấy 𝜌 𝑣𝑘 = 1427,55 kg/m 3
Khi đó tiêu chuẩn Fedorov được xác định theo công thức (3.32) ta được:
Hay log(Fe) = 0,518, tra đồ thị mối quan hệ Fe = f(Re) ta được 𝑅𝑒 1 = 1,99 [17]
Do đó tốc độ lơ lửng:
132.10 −6 = 0,4 m/s Thể tích riêng ứng với 1 kg không khí khô Vk [24]
Ta có: Vk1 là thể tích riêng ứng với 1 kg không khí khô tại thông số đầu vào
Vk2 là thể tích riêng ứng với 1 kg không khí ẩm tại thông số đầu ra
Tốc độ trung bình của TNS: w (m/s) thay các thông số Gk, D [24] w 4
Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
4 = 0,283 (m 2 ) Tốc độ tương đối của tác nhân sấy:
Thời gian sấy của vật liệu [23]
Trong đồ án nghiên cứu và chế tạo máy sấy phun, chúng tôi chia thành hai nhóm Nhóm của chúng tôi tập trung vào tính toán thiết bị chính và cân bằng vật chất, trong khi nhóm còn lại đảm nhiệm tính toán cân bằng năng lượng cùng với thiết bị phụ Kết quả của cả hai nhóm đã được tóm tắt lại một cách rõ ràng.
Phương trình cân bằng nhiệt:
Gk.h0 + Qk + G1.C1.tvl = (Gk + Gn).h2 + G2.C2.t2 (2.33)
Nhiệt lượng đưa vào thiết bị gồm :
Nhiệt lượng do tác nhân nhận được từ calorifer QK
Nhiệt lượng do không khí mang vào Gk.h0
Nhiệt lượng do vật sấy mang vào : G1.C1.tvl
Nhiệt lượng mang ra khỏi thiết bị gồm:
Nhiệt lượng khí thải ra (Gk + Gn).h2
Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra G2.C2.t2
Kết quả: Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết là : Qk = 12627 kJ/h
2.3.3.7 Tính quá trình sấy thực
Trong quá trình sấy thực phẩm, ngoài lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết, còn cần tính đến lượng nhiệt mất mát do tổn thất năng lượng Lượng nhiệt này được xác định thông qua một hệ phương trình cụ thể.
Phương trình cân bằng nhiệt:
Gk.h0 + Qk ’ + G1.C1.tvl = (Gk + Gn).h2 + G2.C2.t2 + Qbc (2.34)
Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy vât liệu: Gk ’
= 85 kgkk khô/h Để giảm thiểu tổn thất nhiệt Qbc chúng tôi thiết kế bề dày cách nhiệt 3.5 cm được thể hiện trong bản vẽ sau:
Hình 2.6 Bản vẽ bề dày cách nhiệt của buồng sấy 2.3.4 Tính thiết bị phụ
2.3.4.1 Tính toán lựa chọn cyclone Đường kính cyclone:
𝑞 = √ 𝜋.2,4.3600 4.93,06 = 0,12 m (2.37) Kích thước cơ bản cyclone theo đường kính:
+ Đường kính ống tâm: d1= 72 mm
+ Chiều cao phần trụ : Ht= 271,2 mm
+ Chiều cao phần nón : Hn = 240 mm
+ Chiều rộng cửa vào : b = 31,2 mm
+ Chiều cao thiết bị cyclone : H = 547,2 mm
+ Chiều cao bên ngoài ống tâm : h4 = 36 mm
+ Chiều cao ống tâm có mặt bích : h1 = 208,8 mm
+ Đường kính cửa tháo bụi : d2 = 36 mm
Các kích thước trên được thể hiện ở các bản vẽ dưới đây:
Hình 2.7 Bản vẽ chi tiết xylon 2.3.4.2 Tính chọn bơm nhu động nhập liệu
Công suất bơm nhu động:
Công suất quạt được xác định:
Công suất điện cần cấp vào bộ sấy: N= 4.53 ( kW )
Chọn 3 thanh đốt loại ống chữ U có mỗi thanh có công suất 2 kW
48 Calorifer hình trụ: đường kính R = 0.085m, chiều cao H = 0.48 m
Chọn bề dày cách nhiệt L = 0.05 m
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG
Biến tần là thiết bị điều khiển tốc độ quay của động cơ xoay chiều bằng cách điều chỉnh tần số điện năng cung cấp Biến tần LS được áp dụng trong các mạch điện như hình dưới đây.
Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần
Chức năng biến tần dùng hệ thống thiết bị
Thiết bị sấy phun là công cụ quan trọng trong phòng thí nghiệm, phục vụ cho việc sấy nhiều loại nguyên liệu khác nhau Mỗi loại nguyên liệu có những đặc tính riêng biệt như độ ẩm và độ tinh khiết, yêu cầu quy trình sấy phù hợp để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Các loại nguyên liệu có thành phần dinh dưỡng và nhớt khác nhau, do đó cần điều chỉnh các thông số phù hợp cho từng loại Việc sử dụng biến tần giúp người thiết kế giảm thiểu chi phí thiết bị Trong mạch điện của thiết bị sấy phun, biến tần cho phép động cơ đĩa phun hoạt động với tốc độ từ 100 đến 20.000 vòng/phút, trong khi quạt hút có khả năng hút lưu lượng từ 10 đến 120 m³/h, phù hợp cho việc sấy nhiều loại nguyên liệu khác nhau.
3.1.2 Bộ điều khiển nhiệt độ
Bộ điều khiển nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong việc giám sát và điều chỉnh các điều kiện nhiệt độ của hệ thống Nó giúp kiểm soát biến nhiệt độ đầu ra thông qua việc điều chỉnh nhiệt độ đầu vào đã được xác định trước.
Hình 3.3 Thiết bị điều khiển nhiệt độ
Cấu tạo, sơ đồ mạch điều khiển nhiệt bộ khiển nhiệt
Hình 3.4 Sơ đồ mạch bộ khiển nhiệt độ
Chức năng bộ khiển nhiêt
Bộ điều khiển độ giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho hệ thống, với đầu dò nhiệt nhận tín hiệu và gửi về hệ thống điều khiển Hệ thống này xử lý tín hiệu từ cảm biến, so sánh với tín hiệu cài đặt để xuất ra tín hiệu điều khiển phù hợp Trong hệ thống sấy phun, bộ điều khiển nhiệt độ đóng ngắt mạch điều khiển của SSR thông qua rơle, từ đó điều chỉnh mạch điện của điện trở gia nhiệt.
Cảm biến nhiệt là thiết bị quan trọng dùng để cảm nhận và đo các đại lượng vật lý liên quan đến nhiệt, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái nhiệt độ Các loại cảm biến nhiệt phổ biến bao gồm cặp nhiệt độ, nhiệt điện trở và cảm biến bán dẫn Hình ảnh minh họa cho đầu dò nhiệt PT 100 cho thấy một trong những loại cảm biến nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Hình 3.5 Đầu dò nhiệt độ 3.1.4 Rơ le
Rơ le hay rơ le điện là một công tắc chạy bằng điện
Rơ le là thiết bị quan trọng trong việc kiểm soát mạch điện thông qua tín hiệu công suất thấp, đảm bảo cách điện hoàn toàn giữa tín hiệu điều khiển và mạch điện Nó thường được sử dụng khi cần điều khiển một số mạch bằng tín hiệu nhất định.
Hình 3.7 Mạch nguyên lý rơ le
Trong thiết bị sấy phun, SSR được sử dụng như một loại rơ le bán dẫn, có khả năng chịu dòng cao trên 20 A Điều này giúp SSR phù hợp cho việc điều khiển mạch điện có công suất lớn.
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN
3.2.1 Sơ đồ mạch động lực
Mạch điện động lực được cấp nguồn 220V VAC Mạch qua các thiết bị động cơ, quạt hút, heater
Heater sử dụng nguồn 220VAC - kW Do đó cường độ dòng điện chạy trong tải là:
220 = 27,3 (𝐴) Động cơ Spindle 220VAC - 1,5KW dòng điện cần cung cấp là:
220.0,8 = 8,5 (𝐴) Quạt 220VAC - 1,1KW dòng điện cần cung cấp là:
220.0,8= 6,25 (𝐴) Vậy mạch tổng cần chịu tải:
Dựa vào tải của mạch để chúng tôi lựa chọn các thiết bị phù hợp cho mạch điện
Hình 3.9 Sơ đồ mạch động lực
3.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 3.10 Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển nhiệt độ
Khi nhấn công tắc động cơ, quạt sẽ hoạt động và đèn báo hiệu sáng Tiếp điểm 5 – 9 đóng, cùng với tiếp điểm 8 – 12 của rơ le, tạo ra mạch điều khiển giữa biến trở và biến tần, cho phép điều chỉnh tần số dòng qua biến trở.
Hình 3.11 Sơ đồ mạch điều khiển heater
Khi nhấn công tắc heater, tiếp điểm 5 – 9 đóng làm đèn báo hiệu sáng, tiếp điểm 8 –
Rơ le 12 đóng mạch kết nối với bộ điều khiển nhiệt độ và SSR kín Khi đầu dò nhiệt phát hiện giá trị nhiệt thấp hơn nhiệt độ cài đặt, SSR sẽ đóng mạch để kích hoạt điện trở Ngược lại, nếu nhiệt độ đạt hoặc vượt mức cài đặt, SSR sẽ ngắt mạch.
55 giá trị nhiệt trả về cao hơn nhiệt độ cài đặt thì SSR hở mạch, khi đó không có dòng điện chạy qua điện trở khô
Tổng điện năng tiêu thụ lớn nhất của hệ thống
P1 là công suất heater (kW)
P2 là công suất động cơ (kW)
P3 là công suất quạt hút (kW)
P1 là công suất mạch khiển (kW)
Thông thường, khi vận hành hệ thống các thiết bị thường không chạy hết công suất, do đó lượng điện năng tiêu thụ nhỏ hơn tính toán nhiều.
HƯỚNG DẪN ĐIỀU KHIỂN VÀ SỬ DỤNG
Để vận hành máy sấy phun hiệu quả, cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các thiết bị liên quan Tùy thuộc vào từng tình huống cụ thể, quy trình vận hành có thể khác nhau, nhưng thường thì trình tự vận hành sẽ tuân theo một quy trình phổ biến.
Bước 1 Lắp đặt hệ thống đúng yêu cầu, kiểm tra mối nối, đầu dò nhiệt, các thiết bị điện
Bước 2 Bật nguồn và thiết bị gia nhiệt
Bước 3 Bật quạt hút chỉnh lưu lượng phù hợp
Sau khi thiết bị gia nhiệt đạt nhiệt độ mong muốn, hãy khởi động động cơ đầu phun và điều chỉnh vận tốc cho phù hợp Tiếp theo, bật bơm nguyên liệu và điều chỉnh lưu lượng nhập liệu để bắt đầu quá trình sấy.
Bước 5: Sau khi nguyên liệu nhập liệu hết, tắt bơm nhập liệu
Bước 6: Chờ nguyên liêu chảy hết trong các ống dẫn, tắt động cơ
Bước 7: Tắt thiết bị gia nhiệt
Bước 8: Sau khi nhiệt trong buồng sấy giảm tắt quạt hút
Bước 9: Thu hồi sản phẩm
Bước 10: Tháo vệ sinh thiết bị
Bước 11: Lắp lại hệ thống
XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM SỮA
Chúng tôi sử dụng sữa tách béo kết hợp với maltodextrin để đạt nồng độ chất khô 40% Hỗn hợp này được sấy qua 5 chế độ khác nhau Sản phẩm cuối cùng sẽ được đánh giá và nhận xét để xác định kết quả tối ưu cho nguyên liệu sữa.
Trường hợp 1: sấy 3 mẫu tại nhiệt độ 180℃, thay đổi tần số của quạt hút ở các chế độ 115,2 m 3 /h; 86,4 m 3 /h; 57,6 m 3 /h để chọn chế độ quạt hút cho phù hợp
Kết quả thu được các sản phẩm như sau:
Sữa được sấy ở chế độ quạt với tần số 40Hz và lưu lượng 115,2 m³/h mang lại sản phẩm tối ưu nhất.
Trường hợp 2: giữ chế độ quạt tại 40Hz, thay đổi nhiệt độ đầu vào ở 200℃ và 160℃ Kết quả thu được các sản phẩm như sau:
Hình 4.2 Sản phẩm thu được khi thay đổi nhiệt độ
Từ hai sản phẩm thu được ở 160℃ và 200℃ so với mẫu được sấy ở 180℃, chúng tôi nhận thấy, sản phẩm được sấy ở 180℃ có chất lượng tương đối tốt
Vậy: sữa tươi nguyên liệu được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:
- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút
CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM CÀ PHÊ
Dung dịch cà phê được chiết xuất và thêm maltodextrin để đạt nồng độ chất khô 40% Sau đó, hỗn hợp này được sấy ở ba mức nhiệt độ khác nhau: 140℃, 160℃ và 180℃ Việc lựa chọn chế độ sấy phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Kết quả thu được các sản phẩm như sau:
Hình 4 3 Sản phẩm cà phê
Vậy nguyên liệu cà phê được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:
- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút
Ngoài hai sản phẩm chính này, chúng tôi còn chạy mẫu thử của “ Công Ty Cổ Phần HQGANO”
Kết quả sau khi sấy:
Hình 4.4 Sản phẩm bột linh chi
Vật nguyên liệu cao linh chi được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:
- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút
AN TOÀN LAO ĐỘNG PHÒNG CHỮA CHÁY
HỆ THỐNG
Trong hệ thống máy sấy phun, chúng tôi sử dụng vật liệu Inox 304, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm với đặc tính không độc hại, không rỉ sét, chịu nhiệt tốt và không hòa lẫn vào thực phẩm Bề mặt trơn bóng của Inox 304 giúp dễ dàng trong việc vệ sinh, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong quy trình sản xuất.
Các mối hàn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm cần phải kín, không bị tan hoặc hòa lẫn vào thực phẩm, và không chứa chất độc hại Bề mặt của các mối hàn cũng phải trơn nhẵn để đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.
Bề mặt không có góc cạnh nhọn, sắc dễ gây trầy xước cho người vận hành
Thiết bị được trang bị bộ phận cách nhiệt bằng bông thủy tinh chịu nhiệt, giữ cho nhiệt độ bề mặt ở mức 40-60ᴼC, đảm bảo an toàn cho người vận hành và bảo vệ các thiết bị xung quanh khỏi hư hại.
MẠCH ĐIỆN
Hệ thống mạch điện được trang bị các bộ phận cách điện an toàn, bao gồm cầu chì và SSR, được tính toán để chịu tải và nhiệt độ phù hợp nhằm đảm bảo hiệu suất trong quá trình sử dụng Hệ thống dây dẫn được thiết kế đủ khả năng chịu tải, trong khi các mối nối được đảm bảo an toàn, ngăn ngừa hiện tượng chập mạch và phóng hồ quang.
Hệ thống được trang bị các thiết bị an toàn như cầu chì đúng tải, rơ-le và SSR, giúp cô lập mạch khi có sự cố, ngăn ngừa hư hại cho các bộ phận và thiết bị khác Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp đèn báo cho từng bộ phận để thông báo trạng thái hoạt động.
Hệ thống có hướng dẫn sử dụng, các biển báo nguy hiểm đặt ở các vị trí phù hợp